(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）熱源に関連付けられた蒸発器Evapと、ヒートシンクに関連付けられた凝縮器Condと、作業流体GTを圧縮または膨張させるための圧縮または膨張装置PEDと、該作業流体GTを前記凝縮器Condと前記膨張装置PEDの間及び前記蒸発器Evapと前記膨張装置PEDの間で移送させる手段を含む第１組立体と、
ｂ）移送液体LT及び液体形態及び／又は気体形態の前記作業流体GT（ここにLTとGTは２種の異なった流体である）を収容している２つの移送室CT及び移送室CT’を有する第２組立体と、
ｃ）前記作業流体GTを、前記凝縮器Condと前記各移送室CT及び移送室CT’との間、及び前記蒸発器Evapと前記各移送室CT及び移送室CT’との間で選択的に移送させる手段と、
ｄ）前記移送液体LTを、前記移送室CT及び移送室CT’の間で選択的に移送させる手段であって少なくとも一つの流体変換器と前記圧縮または膨張装置PEDとを含むものと、
より構成された少なくとも一つの修正カルノー機械を含む冷却、熱生成又は仕事生成プラント。
【請求項２】
前記修正カルノー機械は駆動機械であり、前記流体変換器は流体モータであり、前記熱源は前記ヒートシンクよりも高温度であり、前記圧縮または膨張装置PEDは、飽和液体または過冷液体状態の前記作業流体GTを加圧する装置である請求項１に記載のプラント。
【請求項３】
前記修正カルノー機械は駆動機械であり、前記流体変換器は流体モータであり、前記熱源は前記ヒートシンクよりも高温度であり、前記圧縮または膨張装置PEDは、圧縮／膨張室ABCDとそれに関連付けられた移送手段と前記移送液体LTを加圧するための補助流体ポンプAHP2を含む請求項１に記載のプラント。
【請求項４】
前記修正カルノー機械は受動機械であり、前記流体変換器は流体ポンプであり、前記熱源は前記ヒートシンクよりも低温度であり、前記圧縮または膨張装置PEDは、膨張弁EV、毛細管C、又は毛細管CVCに直列接続された制御弁であり、前記作業流体GTは前記圧縮または膨張装置PEDを流れるものである、請求項１に記載のプラント。
【請求項５】
前記修正カルノー機械は受動機械であり、前記流体変換器は流体ポンプであり、前記熱源は前記ヒートシンクよりも低温度であり、前記圧縮または膨張装置PEDは前記移送液体LTにより前記作業流体GTを断熱圧縮または断熱膨張させる圧縮／膨張室ABCDを含む、請求項１に記載のプラント。
【請求項６】
前記プラントは、前記凝縮器及び／又は前記蒸発器の個所で補助装置に熱的に結合されている１つの修正カルノー機械を含み、前記補助装置は、修正駆動カルノー機械としての二熱源熱力学装置及び修正受動カルノー機械としての二熱源を有する熱力学装置である請求項１に記載のプラント。
【請求項７】
前記熱的な結合は、熱伝達流体、ヒートパイプ、直接接触、又は放射により達成される請求項６に記載のプラント。
【請求項８】
前記二熱源熱力学機械は第２の修正カルノー機械である請求項６に記載のプラント。
【請求項９】
前記修正カルノー機械は一つの補助装置に機械的に結合されている請求項１に記載のプラント。
【請求項１０】
前記プラントは、補助駆動装置又は駆動／受動装置に結合された修正受動カルノー機械を含むか、又は補助受動装置または駆動／受動装置に結合された修正駆動カルノー機械を含んでいる請求項９に記載のプラント。
【請求項１１】
・前記補助駆動装置は電気モータ、流体タービン、風力発電機、石油駆動エンジン、ガス駆動エンジン、ディーゼルエンジン、又は修正駆動カルノー機械であり、
・前記補助受動装置が流体ポンプ、輸送機械、交流発電機、機械蒸気又はガス圧縮ヒートポンプ、空気圧縮機、また他の修正受動カルノー機械であり、
・前記補助駆動／受動装置はフライホイールである、請求項１０に記載のプラント。
【請求項１２】
駆動モードまたは受動モードで動作できる前記プラントであって、
・変換要素と該変換要素を前記移送室CT及び移送室CT’に選択的に接続させる手段とを含み、前記変換要素が、モータまたはポンプとして動作する二機能流体変換器から構成されるか、又は流体ポンプ及び流体モータから構成され；
・前記圧縮または膨張装置PEDは、加圧装置、膨張装置、及び前記凝縮器Condと前記蒸発器Evapの間の２つの並列回路に挿入された前記加圧装置と前記膨張装置を排他的に選択する選択手段とを備えていて、各々が前記凝縮器Condを前記蒸発器Evapに接続可能にする、請求項１に記載のプラント。
【請求項１３】
前記作業流体GTと前記移送液体LTは、作業流体GTが移送液体LTに弱溶解性であり、前記作業流体GTが前記移送液体LTと反応せず、且つ液体状態での作業流体GTが前記移送液体LTよりも低密度である請求項１に記載のプラント。
【請求項１４】
前記作業流体GTと前記移送液体LTは、これら両者の間に非浸透性の隔壁を提供し且つ移送液体LTの変位及び熱伝達に対して実質的に抵抗しない可撓性膜、又は液体状態での前記作業流体GTと前記移送液体LTの中間の密度を有するフロートにより互いに隔離されている請求項１に記載のプラント。
【請求項１５】
前記移送液体LTは、水、鉱物油、及び合成油から選択されている請求項１３に記載のプラント。
【請求項１６】
作業流体GTは純物質又は共沸混合物である請求項１３に記載のプラント。
【請求項１７】
作業流体GTは水、CO2、NH3、１〜６個の炭素原子を有するアルコール、１〜１８個の炭素原子を有するアルカン、１〜１５個の炭素原子を有するクロロフルオロアルカン、１〜１５個の炭素原子を有する一部又は完全にフッ素化又は塩素化したアルカンから選択される請求項１３に記載のプラント。
【請求項１８】
前記請求項１のプラントを使用して、作業流体GTに下記の一連の修正カルノーサイクルを行わせる方法であって、各修正カルノーサイクルは：
・作業流体GTと熱源との間、又は作業流体GTとヒートシンクの間の熱交換による等温過程、
・前記作業流体GTの圧力の減少による断熱過程、
・前記作業流体GTとヒートシンクの間、又は前記作業流体GTと前記熱源との間の熱交換による等温過程、及び
・作業流体GTの圧力の増加による断熱過程
より成り、特徴として
・作業流体GTは少なくともサイクルの２つの等温過程で気液二相形態を有し、
・サイクルのこれら２種の等温過程は、流体変換器を駆動し又は該流体変換器により駆動される移送液体LTの変位に応じて作業流体GTの体積の変化を生じさせ又該体積の変化に追従し、仕事は少なくとも前記２つの等温過程で流体変換器を流通する流体を介してプラントから移送され又はプラントに受領される、
ことを特徴とする冷却生成、熱生成及び／又は仕事生成の方法。
【請求項１９】
仕事は一方の断熱過程の期間に流体変換器を通して流れる移送液体LTを介してプラントが受け取り又はプラントから送り出される請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
仕事は両方の断熱過程の期間に流体変換器を通して流れる移送液体LTを介してプラントが受け取り又はプラントから送り出される請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記サイクルは
・前記熱源からの熱を前記作業流体GTに供給することにより開始される等温過程、
・前記作業流体GTの圧力の減少と前記プラントによる仕事の生成を行う断熱過程、
・前記熱源の温度よりも低い温度で前記作業流体GTからヒートシンクに熱を供給する等温過程、及び
・作業流体GTの圧力の増加による断熱過程
を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
仕事は前記両断熱過程において前記プラントと環境との間で交換される請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ρaを前記ヒートシンクとの熱交換の段階の終端における作業流体GTの密度、ρcを前記熱源との熱交換の段階の終端における作業流体GTの密度としたとき、比率ρa／ρcが０．９≦ρa／ρc≦１を充足する請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記サイクルは
・前記作業流体GTから前記ヒートシンクへの熱の放出を伴う等温過程、
・前記作業流体GTの圧力の減少を伴う断熱過程、
・熱が前記ヒートシンクの温度よりも低い温度で前記熱源から作業流体GTに供給される等温過程、及び
・移送液体ＬTを介して仕事を供給することにより開始される作業流体GTの圧力の増加をともなう断熱過程
を含むことを請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
二熱源を有する熱力学機械に結合された修正カルノー機械を含むプラントで実施され、前記修正カルノー機械の前記凝縮器から熱が前記二熱源熱力学的機械へ移されるか、又は前記修正カルノー機械の前記蒸発器が前記二熱源熱力学的機械から熱を受領する請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
第１及び最後の修正カルノー機械と、これら第１及び最後の修正カルノー機械の間に挿入された少なくとも１つの中間修正カルノー機械とを含むプラントにおいて実施される請求項１９に記載の方法において、
・前記第１の修正カルノー機械は作業流体GTfを蒸発させるための熱を供給され、前記最後の機械は前記作業流体GTfと同一または異なった作業流体GTlを凝縮することにより発生した熱を環境に放出し；
・適当な場合に、各中間修正カルノー機械はそれに先行する機械の作業流体GTi-1の凝縮により放出された熱を受け取り、前記作業流体GTi-1と同一または異なるそれ自身の作業流体GTiの凝縮により放出された熱を後続の機械に放出し；そして
・各機械は環境と仕事を交換し、
上記のすべての機械はすべて駆動またはすべて受動機械であり、
・すべての機械が駆動機械の場合には、第１の修正カルノー機械へ送られる熱は温度Thiであり、最後の修正カルノー機械へ送られる熱は温度TloはTlo<Thiであり、正味の仕事は環境に送り出され、そして
・すべての機械が受動機械の場合には、第１の修正カルノー機械に送られる熱は温度Tloであり、最後の修正カルノー機械から放出される熱の温度Thiは温度Tlo及び環境の温度よりも高く、正味の仕事は環境から送入される、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
請求項３に記載のプラントを使用して温度Tloの熱及び／又は仕事を生成する方法であって、温度Thiの高温熱源と温度Tlo (＜Thi)のヒートシンクとの熱交換により作業流体GTがそれぞれ高温度の前記蒸発器Evapと低温度の前記凝縮器Cond内に維持されており且つ作業流体GTと移送液体LTの間のすべての連絡回路が遮断されている初期状態から出発して、
・時刻tαにおいて、前記蒸発器Evapと前記移送室CT’との間の作業流体GTの回路が開放され、前記移送室CT’と前記流体モータHMの上流側との間の移送液体LTの回路が開かれ、前記補助ポンプAHP2が作動され、その結果：
＊作業流体GTが前記蒸発器Evap内で蒸発し、飽和した作業流体GT蒸気が前記高圧Phiで前記蒸発器Evapを出て行き、移送室CT’に入り、移送液体LTを中間レベルJにもたらす；
＊移送液体LTは流体モータHMを通ってその中で膨張し、次いで補助ポンプAHP2により断熱圧縮／膨張室ABCDに送られる；
・時刻ｔβにおいて、圧縮／膨張室ABCDと蒸発器Evapとの間の回路が開放され、その結果、作業流体GTが液体状態で蒸発器に導入される；
・時刻ｔγにおいて、蒸発器Evapと移送室CT’の間の作業流体GTの回路と断熱圧縮／膨張室ABCDと蒸発器Evapの間の回路が閉じられ、前記補助ポンプAHP2が停止し、凝縮器Condと圧縮／膨張室ABCDの間及び移送室CT及び凝縮器Condの間の作業流体GTの回路が開き、そして移送室CTと圧縮／膨張ABCDの間の移送液体LTの回路が開き、その結果：
＊移送室CT’内の作業流体GT蒸気は断熱膨張を続け、移送液体LTを移送室CT’内で低レベルまで膨張させ、ついで流体モータHMを通して移送室CTに入る。
＊凝縮室Condと連通している圧縮／膨張室ABCDは低圧に戻され、その下側部分に含まれている移送液体LTは移送室CTに流れ；そして
＊移送室CTに含まれている作業流体GT蒸気は凝縮器Cond内で凝縮し、
・時刻ｔδにおいて、ｔγにおいて開放していたすべての回路は閉じられ、蒸発器Evapと移送室CTの間の作業流体GT回路は開かれ、移送室CTと流体モータHMの上流側との間の移送液体LT回路が開き、そして補助ポンプAHP2が作動され、その結果
＊高圧Phiで蒸発器Evapを出る飽和した作業流体GT蒸気は移送室CTに入り、移送液体LTを中間レベルJにする；
＊移送液体LTは流体モータHMを通り、その中で膨張し、次いで補助ポンプAHP2により断熱圧縮／膨張室ABCDへ送られる；
・時刻ｔεにおいて、断熱圧縮／膨張室ABCDと蒸発器Evapの間の作業流体GT回路が開き、作業流体GTが液体状態で蒸発器に入り；
・時刻tλにおいて蒸発器Evapと移送室CTの間の作業流体GT回路及び断熱圧縮／膨張室ABCDと蒸発器Evapの間の作業流体GT回路が閉じ、補助ポンプAHP2が停止し、凝縮器Condと断熱圧縮／膨張室ABCDの間の作業流体GT回路及び移送室CT’と凝縮器Condの間の回路が開き、移送室CT’と断熱圧縮／膨張室ABCDの間の移送液体LT回路が開き、その結果
＊移送室CT内の作業流体GT蒸気は断熱膨張を続け、移送液体LTを移送室CT内の低レベルに送り、ついで流体モータHMを経て移送室CT’へ送り；
＊凝縮器Condと連通している断熱圧縮／膨張室ABCDを低圧に戻し、移送室CT’の下側部分にある移送液体LTを移送室CT’に流し、そして
＊移送室CT’内にあった作業流体GT蒸気を凝縮器Condで凝縮することよりなり、
それにより、数サイクル後にはプラントは定常状態となり、高温熱源は温度Thiで熱を連続的に蒸発器Evapに送り、熱は凝縮器Condにより連続的に温度Tloの低温シンクに送られ、仕事は前記機械から外部に送られる、方法。
【請求項２８】
請求項２に記載のプラントを使用して温度Tloの熱及び／又は仕事を生成する方法であって、温度Thiの高温熱源と温度Tloのヒートシンクとの熱交換により作業流体GTがそれぞれ高温度の前記蒸発器Evapと低温度の前記凝縮器Cond内に維持されており、且つ作業流体GTと移送液体LTの間のすべての連絡回路が遮断されている初期状態から出発して、時刻t0において補助流体ポンプAHP1が起動され、前記凝縮器Cond及び前記蒸発器Evapの間の前記GT回路が開かれ、その結果、飽和又は過冷却液体状態の作業流体GTの一部が補助ポンプAHP1により取り出されて前記凝縮器Condの下部に取り込まれ、過冷却状態で蒸発器Evapに送られて加熱され、ついで作業流体GTは下記の一連の修正カルノーサイクルに掛けられる：
・時刻ｔαにおいて、前記サイクルの最初のサイクル中、一部の作業流体GTは凝縮器内で液体状態に留まり、蒸発器Evapと移送室CT’の間の作業流体GT回路と移送室CTと凝縮器Condの間の回路は開き、前記移送液体LTを移送室CT’から移送室CTへ移送する回路であって流体モータHMを通る回路は開き、その結果
＊作業流体GTは蒸発器Evapで加熱及び蒸発され、高い圧力Phiで蒸発器Evapを出て行く飽和した作業流体GT蒸気は移送室CT’に入り、移送液体LTを中間レベルＪに移動させる；
＊移送液体LTは流体モータHMを通ってその中で膨張し、ついで移送室CTに送られて中間レベルＩに上がる；
＊移送室CT内の作業流体GT蒸気であって移送液体LTにより移送された蒸気は凝縮器Condで凝縮する；
＊飽和した又は過冷された液体状態の作業流体GTは凝縮器Condの下部に到達し、そこで漸次補助ポンプAHP1により取り込まれ、次いで過冷液体状態で蒸発器Evapに送られる；
・時刻tβにおいて、蒸発器Evapと移送室CT’の間の回路が閉じられ、その結果
＊移送室CT’内の作業流体GT蒸気は断熱膨張を続け、移送液体LTを移送室CT’内の低レベルまで駆動し、次いで移送液体LTは流体モータHMを通って移送室CTに送られ高レベルに上がる；
＊移送室CT内の残りの作業流体GT蒸気であって移送液体LTにより移送されたものは凝縮器Condで凝縮する；
＊飽和または過冷却液体状態の作業流体GTは凝縮器Condの底部に至り、そこで補助ポンプAHP1に次第に取りこまれ、次いで過冷却液体状態で蒸発器Evapに送られる；
・時刻tγにおいて、時刻ｔβで開いていた回路（ただし、凝縮器Condと蒸発器Evapの間の作業流体GTを移送する回路は除く）は閉じ、蒸発器Evapと移送室CTの間及び移送室CT’と凝縮器Condの間の作業流体GT回路は開放し、流体モータHMを通って移送室CTから移送室CT’へ移送液体LTを移送する回路は開放され、その結果、
＊作業流体GT温度が上がり蒸発器Evap内で蒸発し、飽和した作業流体GT蒸気は高圧Phiで蒸発器Evapを出て移送室CTに入り、移送液体LTを中間レベルJに上げる；
＊移送液体LTは流体モータHMを通り、そこで膨張し、次いで移送液体LTは移送室CT’内の中間レベルIにあげられる；
＊移送室CT’内の作業流体GT蒸気であって移送液体LTにより移送された蒸気は凝縮器Condで凝縮する；
＊飽和または過冷液体状態の作業流体GTは凝縮器Condの下部に到達し、そこで次第に補助ポンプAHP1により取り込まれ、次いで過冷液体状態で蒸発器Evapに送られる；
・時刻tδにおいて、蒸発器Evapと移送室CTの間の作業流体GT回路が閉じられ、その結果、
＊移送室CT内の作業流体GT蒸気が連続的に断熱膨張し、移送室CT内で移送液体LTレベルを低レベルに下げ、次いで流体モータHMを通してLTを移送室CT’に送り、そのレベルを高レベルにする；
＊移送室CT’内の残りの作業流体GT蒸気であって移送液体LTにより送られたものは凝縮器Condで凝縮する；
＊飽和または過冷状態の作業流体GTは凝縮器Condの下側に達し、そこのAHP1により次第に取りこまれ、最後に過冷液体状態で蒸発器Evapに入り、
よって、数サイクルの後にはプラントは定常状態で作動し、高温熱源は連続的に高温度Thiの熱を蒸発器Evapに送り、熱は凝縮器Condから連続的に低温シンクTloに送られ、仕事が連続的に前記機械により送りだされるようにした、方法。
【請求項２９】
請求項５に記載のプラントを使用して、作業流体GTと移送液体LTのための全ての連絡回路が遮断された初期状態から出発して、時刻t0において流体ポンプHPが作動され、次いで作業流体GTが下記の一連の工程よりなる修正カルノーサイクル、すなわち：
・時刻ｔαで移送液体LTを圧縮／膨張室ABCDから流体ポンプHPの上流側へ送る移送液体LT回路、及び移送液体LTを流体ポンプＨＰを経て移送室CTから移送室CT’へ送る回路が開放され、その結果：
＊圧縮／膨張室ABCDと移送室CT内の気液平衡状態の作動流体GTが高圧Phiから低圧Ploに膨張し、移送液体LTを流体ポンプＨＰを通して移送室CT’に送り；
＊移送室CT’内の作業流体GT蒸気は断熱圧縮され、
・時刻ｔβにおいて、蒸発器Evapと移送室CTの間、及び圧縮／膨張室ABCDと蒸発器Evapの間の回路が開放され、その結果：
＊移送液体LTが流体ポンプHPにより取り込まれ、加圧され、ついで移送室CT’に送られ；
＊圧縮／膨張室ABCD、移送室CT及び移送室CT’内の移送液体LTレベルがそれぞれ高いレベルから低いレベルへ、高いレベルから中間レベルＪへ、及び低いレベルから中間レベルIへと移り、
＊移送室CT内の前記作業流体GT蒸気により占められていた体積が増大するので、作業流体GTは蒸発器Evap中で蒸発し、低圧Ploで蒸発器Evapを出て行く飽和した作業流体GT蒸気は移送室CTに入り;
＊移送室CT’内の作業流体GT蒸気は高圧Phiまで断熱圧縮され続け；
＊低圧Ploの飽和液体状態の作業流体GTは重力により圧縮／膨張室ABCDから蒸発器Evapへ流れる；
・時刻ｔγにおいて、圧縮／膨張室ABCDと蒸発器Evapの間の作業流体GT回路は閉じ、圧縮／膨張室ABCDと流体ポンプHPの上流側の間の移送液体LT回路は閉じ、移送室CT’と凝縮器Condの間の作業流体GT回路、及び凝縮器Condと圧縮／膨張室ABCDの間の流体GT回路は開き、流体ポンプHPの下流側と圧縮／膨張室ABCDの間の移送液体LT回路は開き、その結果
＊移送液体LTは再び流体ポンプHPに取り込まれて加圧され移送室CT’へ送られ；
＊圧縮／膨張室ABCD、移送室CT及び移送室CT’の移送液体LTレベルはそれぞれ低から高へ、中間レベルJから低へ、中間レベルIから高へ移り；
＊移送室CT中で作業流体GT蒸気に占有されていた体積は増大を続けるので蒸発器Evapでは作業流体GTが蒸発し、蒸発器Evapを出て行く飽和した作業流体GT蒸気は低圧Ploで移送室CTに入り;
＊移送室CT’の作業流体GT蒸気は移送液体LTにより高圧Phiで凝縮器Condに送られ；そして、
＊飽和液体状態の作業流体GTは重力の作用で凝縮器Condから圧縮／膨張室ABCDに流れ;
・時刻ｔδにおいて、時刻tγにおいて開放していた回路は閉じ、圧縮／膨張室ABCDから移送液体LTを流体ポンプHPの上流側に移送するための移送液体LT回路、及び移送室CT’から移送液体LTを流体ポンプHPを経て移送室CTへ至る移送液体LT回路が開放され、その結果：
＊圧縮／膨張室ABCDと移送室CT’内の気液平衡状態の作業流体GTは高圧Phiから低圧Ploへ膨張し、そして移送液体LTを流体ポンプHPを介して移送室CTに送り；そして
＊移送室CT内は作業流体GT蒸気を断熱圧縮される；
・時刻tεにおいて、蒸発器Evapと移送室CT’の間、及び圧縮／膨張室ABCDと蒸発器Evapの間の作業流体GT回路は開放し、その結果：
＊移送液体LTは流体ポンプHPに取り入れられ、加圧され、ついで移送室CTに入り；
＊圧縮／膨張室ABCD、移送室CT及び移送室CT’内の移送液体LTレベルはそれぞれ高から低、低から中間レベルI、及び高から中間レベルJに移動し；
＊移送室CT’で作業流体GT蒸気により占有された体積は増大するので、作業流体GTは蒸発器Evap内で蒸発し、飽和した作業流体GT蒸気は低圧Ploで蒸発器Evapを出て移送室CT’に入り；
＊移送室CT内の作業流体GT蒸気は高圧Phiまで断熱圧縮され続け；そして
＊低圧Ploで飽和液体状態にある作業流体GTは重力により圧縮／膨張室ABCDから蒸発器Evapへ入る;
・時刻ｔλにおいて、圧縮／膨張室ABCDと蒸発器Evapの間の作業流体GT回路は閉じ、圧縮／膨張室ABCDと流体ポンプHPの上流側の間の移送液体LT回路は閉じ、移送室CTと凝縮器Condの間及び凝縮器Condと圧縮／膨張室ABCDの間の作業流体GT回路は開放し、流体ポンプHPの下流側と圧縮／膨張室ABCDの間の移送液体LT回路は開き、その結果：
＊移送液体LTは再び流体ポンプHPにより取り込まれ、加圧され、移送室CTに送られ；
＊圧縮／膨張室ABCD、移送室CT及び移送室CT’内の移送液体LTレベルは、それぞれ低から高、中間レベルIから高、及び中間レベルJから低に移動し；
＊移送室CT’内で作業流体GTに占められていた体積は増加を続けるので、蒸発器Evap内で作業流体GTは蒸発し、飽和した作業流体GT蒸気は蒸発器Evapを低圧Ploで出て、移送室CT’に入り；
＊移送室CT内の高圧Phiの作業流体GT蒸気は移送液体LTにより凝縮器Condに送られそこで凝縮し、そして
＊飽和液体状の作業流体GTは重力により凝縮器Condから圧縮／膨張室ABCDに流れる、
各サイクルよりなり、
数サイクルの後にはプラントは定常状態で運転され、そして、
・冷却目的のためには、初期状態で、作業流体GTは、温度Thiの高温シンクとの熱交換により凝縮器Cond内で高温度に維持され、また作業流体GTは前記機械の外部の媒体との熱交換により蒸発器Evap 内で温度Thiと同じ又はそれ以下の温度に維持され、前記媒体は初期には温度Thiを有し、定常状態では正味の仕事が流体ポンプHPにより消費され、前記凝縮器Condは連続的に熱を温度Thiのホットシンクに除去し、熱は蒸発器Evapにより連続的に消費され、前記蒸発器Evapと接触している外部媒体からの熱の抽出で、前記外部媒体の温度Tloは厳密に温度Thi以下に維持され、
・熱生成の場合には、初期状態で、作業流体GTは温度Tloの低温熱源との熱交換により蒸発器Evap内で低温度に維持され、作業流体GTは前記機械の外部の媒体との熱交換により温度Thi≧Tloで凝縮器Cond内に維持され、前媒体は初期には温度Thi以上の温度に維持され、定常状態では正味の仕事が流体ポンプHPで消費され、温度Tloの低温源が熱を連続的に前記蒸発器Evapへ送り、凝縮器Condが熱を連続的に高温シンクに取り除き、前記プラントは前記凝縮器Condと接触している温度Thi>Tloの外部媒体に対して熱を生成する、方法。
【請求項３０】
請求項４に記載のプラントを使用して、作業流体GTと移送液体LTのための全ての連絡回路が遮断された初期状態から出発して、時刻t0において流体ポンプHPが作動され、次いで凝縮器Condと蒸発器Evapの間の作業流体GT回路が開かれ、そして作業流体GTが下記の一連の修正カルノーサイクルにかけられるプラントの動作方法において、作業流体GTが下記の一連の工程よりなる修正カルノーサイクル、すなわち、
・時刻tαにおいて、移送液体LTを移送室CTから流体ポンプHPを経て移送室CT’に移送するための移送液体LT回路、及び蒸発器Evapと移送室CTの間の作業流体GT回路が開かれ、その結果：
＊移送液体LTが流体ポンプHPに取り込まれて加圧され、ついで移送室CT’に移送され；
＊移送室CT内の移送液体LTレベルが高から中間レベルJへ、移送室CT’内の移送液体LTレベルが低から中間レベルIへ移動し；
＊移送室CT内の作業流体GT蒸気により占められている体積が増大するので、作業流体GTは蒸発器Evap内で蒸発し、蒸発器Evapを出て行く低圧Ploの飽和した作業流体GT蒸気は移送室CTに入り；
＊移送室CT’内の作業流体GT蒸気は断熱圧縮されて高圧Phiになり；
＊凝縮器Cond内の飽和又は過冷却液体状態で高圧Phiの作業流体GTは等エンタルピー膨張をし、次いで気液二相混合状態で且つ低圧Ploで蒸発器Evapに入る；
・時刻tβで、移送室CT’と凝縮器Condの間の作業流体GT回路が開かれ、その結果：
＊移送液体LTが流体ポンプHPにより取り込まれて加圧され、次いで移送室CT’に送られる；
＊移送室CT内の移送液体LTレベルは中間レベルJから低になり、移送室CT’では中間レベルIから高になり、
＊移送室CT内で作業流体GT蒸気に占められていた体積は増加を続けるので、蒸発器Evap内で作業流体GTは蒸発し、飽和した作業流体GT蒸気は低圧Ploで蒸発器Evapを出て移送室CTに入る。
＊移送室CT’内の高圧Phiの作業流体GT蒸気は移送液体LTにより凝縮器Condに入り、そこで凝縮する；
・時刻tγにおいて、時刻ｔβで開いていたすべての回路は、凝縮器Condと蒸発器Evapの間の作業流体GT回路を除いて閉鎖され流体ポンプHPを経由する移送室CT’から移送室CTへの移送回路は開かれ、蒸発器Evapと移送室CT’の間の作業流体GT回路は開かれ、その結果:
＊移送液体LTは流体ポンプHPにより取り込まれ、そこで加圧され、そして移送室CTへ送られる；
＊移送室CT内の移送液体LTのレベルは低から中間レベルＩになり、移送室CT’内の移送液体LTのレベルは高から中間レベルＪになり；
＊移送室CT’内の作業流体GTにより占められた体積は増加するので、作業流体GTは蒸発器Evap内で蒸発し、そして飽和した作業流体GT蒸気は低圧Ploで蒸発器Evapを出て移送室CT’に入り；
＊移送室CT内の作業流体GT蒸気は断熱圧縮されて高圧Phiになり；
＊凝縮器Cond内の飽和又は過冷液体状態で且つ高圧Phiの作業流体GTは等エンタルピー膨張し、そして気液二相混合状態で且つ低圧Ploで蒸発器Evapに入り、そして
・時刻tδにおいて、移送室CTと凝縮器Condの間の作業流体GT回路は開かれ、その結果、
＊移送液体LTは再び流体ポンプHPに取りこまれ、加圧され、次いで移送室CTに送られ；
＊移送室CT内の移送液体LTレベルは中間レベルIから高に、移送室CT’内の移送液体LTレベルは中間レベルJから低になり； 
＊移送室CT’内で作業流体GT蒸気が占める体積が増大を続けるので、作業流体GTは蒸発器Evap内で蒸発し、飽和した作業流体GT蒸気は低圧Ploで蒸発器Evapを出て行き、移送室CT’に入る；
＊移送室CT内の高圧Phiの作業流体GT蒸気は移送液体LTにより凝縮器Condに送られ凝縮器Cond内で凝縮し、
数サイクルの後に、プラントは定常状態で動作し、
そして、
・冷却目的のためには、初期状態で、作業流体GTは、温度Thiの高温シンクとの熱交換により凝縮器Cond内で高温度に維持され、また作業流体GTは前記機械の外部の媒体との熱交換により蒸発器Evap 内で温度Thiと同じ又はそれ以下の温度に維持され、前記媒体は初期には温度Thi以上の温度を有し、定常状態では正味の仕事が流体ポンプHPにより消費され、前記凝縮器Condは連続的に熱を温度Thiのホットシンクに除去し、熱は蒸発器Evapにより連続的に消費され、前記蒸発器Evapと接触している外部媒体からの熱の抽出で、前記外部媒体の温度Tloは温度Thi以下に維持され、
・熱生成の場合には、初期状態で、作業流体GTは温度Tloの低温熱源との熱交換により蒸発器Evap内で低温度に維持され、作業流体GTは前記機械の外部の温度≧Thiの媒体との熱交換により温度≧Thiで凝縮器Cond内に維持され、定常状態では正味の仕事が流体ポンプHPで消費され、温度Tloの低温源が熱を連続的に前記蒸発器Evapへ送り、凝縮器Condが熱を連続的に高温シンクに取り除き、前記プラントは前記凝縮器Condと接触している温度Thi>Tloの外部媒体に対して熱を生成する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却、熱生成及び／又は仕事生成プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却、熱生成又はエネルギー生成に使用される熱力学機械はすべて「カルノー機械」と呼ばれる理想的機械を参照する。理想的なカルノー機械は、異なった２つの温度レベルにある熱源とヒートシンクを必要とする。従ってそれは２熱源機械である。それが仕事を供給することにより動作するときには駆動カルノー機械と呼ばれ、仕事を消費することにより動作するときは受動カルノー機械（又はカルノーヒートポンプ）と呼ばれる。駆動モードでは、熱Qhiが温度Thiの高温熱源から作業流体GTに供給され、ついで機械により作業流体GTから熱Qloが温度Tloの低温シンクに供給され、そして正味の仕事Wが機械により供給される。逆に、ヒートポンプモードでは、熱Qloが作業流体GTによって低温熱源Tloに取りこまれ、熱Qhiは作業流体により温度Thiの高温ヒートシンクに取りだされ、正味の仕事Wが機械により消費される。
【０００３】
熱力学の第２法則によると、２熱源（駆動または受動）機械の効率は、カルノーサイクルで動作するか否かに拘わらず現実の機械では、最大でも理想的なカルノー機械の効率に等しく、熱源とヒートシンクの温度にのみ依存する。しかし、２つの等温過程（ThiとTloでの）と２つの可逆断熱過程よりなるカルノーサイクルの実施は、現在まで完全には解決されていない多数の困難を有する。このサイクル中に、作業流体は気体状態にとどまるか、又は２つの等温過程（ThiとTloでの）中に液体／蒸気状態変化が生じうる。液体／蒸気状態変化が生じると、流体が蒸気状態にとどまる場合よりも高い効率で機械と環境との間に熱伝達が行われる。第１の場合及び熱源とヒートシンクで同一の交換される熱動力レベルがあるには、熱交換面積は小さい（従ってより安価）。しかし、液体／蒸気状態過程がある場合には、可逆断熱過程は液体／蒸気二相混合物の圧縮と膨張からなる。従来の技術は二相混合物が圧縮又は膨張することを許さない。従来技術ではこれらの変換を正しく行う方法は知られていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この問題を解決するために、液体を等エントロピー圧縮し、過熱蒸気を等エントロピー膨張させることによりカルノーサイクルに近似させ（駆動サイクルに対して）、加熱蒸気を圧縮しそして液体を等エンタルピー膨張させる（受動サイクルに対して）ことが考えられている。しかし、かかる修正はサイクルの非可逆性を誘導し、その効率、すなわちモータの効率、性能係数、又はヒートポンプの増幅係数を著しく減じる。
【０００５】
本発明の目的は、カルノーサイクルに近いサイクルで動作する、従来技術による機械よりもすぐれた熱力学的機械を提供することである。換言すると本発明は、断熱過程中のサイクルの非可逆性を実質的に制限しながら、必要な最小の接触面積の利益を維持するために、作業流体の液体／蒸気状態変化を伴って動作する機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの目的は、少なくとも一つの修正カルノー機械を含む冷却、熱生成及び／又は仕事生成プラントを提供することである。本発明の他の目的は少なくとも一つの修正カルノー機械を含むプラントを使用する冷却、熱生成及び／又は仕事生成方法を提供することである。
【０００７】
本発明による冷却、熱生成又は仕事生成プラントは、下記の手段、より構成された少なくとも一つの修正カルノー機械を含む。
ａ）熱源に関連付けられた蒸発器Ｅvapと、ヒートシンクに関連付けられた凝縮器Cond と、作業流体GTを圧縮または膨張させるための装置PEDと、該作業流体GTを前記凝縮器Condと前記装置PEDの間及び前記蒸発器Ｅvapと前記装置PEDの間で移送させる手段を含む第１組立体と、
ｂ）移送液体LT及び液体形態及び／又は気体形態の前記作業流体GT（ここにLTとGTは２種の異なった流体である）を収容している２つの移送室CT及びCT’を有する第２組立体と、
ｃ）前記作業流体GTを、前記凝縮器Condと前記各移送室CT及びCT’との間、及び前記蒸発器Ｅvapと前記各移送室CT及びCT’との間で選択的に移送させる手段、及び
ｄ）前記移送液体LTを、前記移送室CT及びCT’の間で選択的に移送させる手段であって少なくとも一つの流体変換器と前記圧縮または膨張装置PEDとを含むものと、
より構成された少なくとも一つの修正カルノー機械を含む。
【０００８】
本明細書において、用語は次の意味を有する。
「修正カルノーサイクル」は１００％未満の可逆度を有する理論カルノーサイクル過程または同様な過程を含む熱力学的サイクルを意味する。
「修正カルノー機械」は上記特徴ａ）ｂ）ｃ）ｄ）を有する機械を意味する。
「流体変換器」は流体ポンプ(hydraulic pump)または流体モータ(hydraulic motor)を意味する。
「流体ポンプ」は環境が修正カルノー機械へ送る機械的エネルギーを用いて、流体移送流体LTを低圧で圧送し、また高圧を回復させる装置を意味する。
「補助流体ポンプ」は環境が修正カルノー機械に送る機械エネルギー、又は修正カルノー機械が環境に送る仕事から取り出される機械エネルギーを用いて、移送液体LT又は液体状態の作業流体GTを加圧する装置を意味する。
「流体モータ」は修正カルノー機械により発生された機械的エネルギーを、高圧の移送液体LTを減圧しそれを低圧で回復させることにより、環境へ送る装置を意味する。
「環境」は修正カルノー機械の外部にある任意の要素を意味し、熱源、ヒートシンク、その他修正カルノー機械が接続されているプラントの任意の部材を含む。
「可逆過程」は厳密な意味での可逆過程(reversible transformation)と準可逆過程を含む。過程を行う流体のエントロピー変動と環境のエントロピー変動の総和は、理想的な場合に対応する厳密な可逆過程の間はゼロであり、実際の準可逆過程の間にはわずかに正である。一つのサイクルの可逆度は同じ極端温度間で動作するカルノーサイクルの効率に対する当該サイクルの効率の比（又は性能係数COP）により定量化できる。サイクルの可逆性が大きいほど、この比は１に近くなる（この比は常に１より小さい）。
「等温過程」は厳密な等温過程(isothermal transformation)及び理論的等温過程に近接した条件下での過程を意味する。過程が繰り返して等温で行われると考えられる実際の動作条件下では、温度Tはわずかに変動し、ΔT/Tは±10%であると認識される。
「断熱過程」は環境との間に熱交換が存在しないか、または過程を行う流体と環境を熱絶縁することにより熱交換を極力最小化した場合の過程（transformation）を意味する。
【０００９】
本発明による冷却、熱生成及び／又は仕事生成の方法は、本発明に従って作業流体GTに少なくとも１つの修正カルノー機械を含むプラント内で連続した修正カルノーサイクロを行わせることより成り、ここに修正カルノー機械は次の変換を行う。
・作業流体GTと熱源との間、又は作業流体GTとヒートシンクの間の熱交換による等温過程、
・作業流体GTの圧力の減少による断熱過程、
・作業流体GTとヒートシンクの間、又は作業流体GTと熱源との間の熱交換による等温過程、及び
・作業流体GTの圧力の増加による断熱過程。
この本発明の方法は次の特徴を有する。
・作業流体は少なくともサイクルの２つの等温過程で気液二相形態を有する。
・サイクルのこれら２種の等温過程は、流体変換器を駆動し又はそれにより駆動される移送流体LTの変位に一致して作業流体GTの体積の変化を生じさせ又は生じさせられる。その結果、仕事は少なくとも２つの等温過程で流体変換器を流通する流体を介してプラントに移送され又はプラントから受領される。
一つの実施形態では、仕事は、断熱過程の一方のみの段階で流体変換器を流れる流体を介してプラントに送られ又はプラントから受け取られる。この実施形態では、修正カルノーサイクロまたは修正カルノー機械は「第１形式」と呼ばれる。
一つの実施形態では、仕事は、両断熱過程の段階で流体変換器を流れる流体を介してプラントに送られ或いはプラントから受け取られる。この実施形態では修正カルノーサイクロまたは修正カルノー機械は「第２形式」と呼ばれる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】作業流体GTとして使用できる各種流体に対する液体／蒸気平衡曲線を示す。飽和蒸気圧Ｐ（バール）が片対数スケールのｙ軸に、ｘ軸上にプロットされた温度Ｔ（℃）の関数としてプロットされている。
【図２】第２形式の修正駆動カルノー機械の概要図である。
【図３】冷却技術者により使用されるモリエ図に作業流体GTが従う第２形式の修正駆動カルノーサイクルを示す。圧力Ｐが対数スケール上に、作業流体の単位質量ｈ当たりのエンタルピーの関数としてプロットされている。
【図４】低温シンクとの熱交換期間に作業流体が同一温度Tloに保持され、高温熱源との熱交換期間に作業流体が増大する温度T”hi 、T’hi 及びThiを有する第２形式の３つの修正駆動カルノーサイクルのモリエ図を示す。
【図５】第１形式の修正駆動カルノーサイクルを示す。
【図６】モリエ図に、作業流体GTが従う第１形式の修正駆動カルノーサイクルを示す。圧力Ｐが対数スケール上に、作業流体の単位質量ｈ当たりのエンタルピーの関数としてプロットされている。
【図７】第２形式の修正受動カルノーサイクルを示す。
【図８】モリエ図に、作業流体GTが従う第２形式の修正駆動カルノーサイクルを示す。圧力Ｐが対数スケール上に、作業流体の単位質量ｈ当たりのエンタルピーの関数としてプロットされている。
【図９】第１形式の修正受動カルノーサイクルを示す。
【図１０】モリエ図に、作業流体GTが従う第１形式の修正受動カルノーサイクルを示す。圧力Ｐが対数スケール上に、作業流体の単位質量ｈ当たりのエンタルピーの関数としてプロットされている。
【図１１】ユーザーの選択により第１駆動モードまたは第１受動モードで動作することができる修正カルノー機械の概略図である。
【図１２】図１２ａ、図１２ｂは同一の極限温度Thi と Tloの間で動作する修正駆動カルノー機械の２つの実施例を示し、これらの図はこれらの機械と環境との間の熱交換及び仕事交換の方向を示す図である。図１２ａは２種の修正駆動カルノー機械の間の中間温度レベルにおける熱カップリングの例を示し、図１２ｂは単一の修正駆動カルノー機械を有する他の実施例を示す。
【図１３】低温修正受動カルノー機械に機械的に結合した高温修正駆動カルノー機械を含むプラントにおける熱交換及び仕事交換の熱源とシンクの温度レベル及び方向を示す概念図である。
【図１４】高温修正受動カルノー機械に機械的に結合した低温修正駆動カルノー機械を含むプラントにおける熱交換及び仕事交換の熱源とシンクの温度レベル及び方向を示す概念図である。
【図１５】図１５ａから１５ｈは修正カルノー機械（またはこの機械の複数の組み合わせ）と環境との間の熱及び仕事交換、並びに各種作業流体を含む８つの例に対して熱源及びヒートシンク温度を示す模式図である。
【図１６】図１５の８つの例に含まれる各種の修正カルノーサイクルにおける、水、ｎ-ブテン、及び１,１,１,２−テトラフルオロエタンに対するモリエ図を示す。
【図１７】図１５の８つの例に含まれる各種の修正カルノーサイクルにおける、水、ｎ-ブテン、及び１,１,１,２−テトラフルオロエタンに対するモリエ図を示す。
【図１８】図１５の８つの例に含まれる各種の修正カルノーサイクルにおける、水、ｎ-ブテン、及び１,１,１,２−テトラフルオロエタンに対するモリエ図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明によるプラントでは、修正カルノー機械は駆動機械形態又は受動機械構造形態を有することができる。両者とも、機械は第１形式（一方の断熱過程中の移送液体と環境の間の仕事交換）又は第２形式（両方の断熱過程中の移送液体と環境の間の仕事交換）を有しうる。修正カルノー機械はまた、ユーザーの選択に依存して、駆動モード（第１または第２形式）又は受動モード（第１または第２形式）で動作する構成を有することができる。
【００１２】
駆動機械を制御する方法は、修正カルノーサイクルの少なくとも１つの過程において仕事を回収することを目的として、熱がプラントへ供給される少なくとも１つの段階を含む。受動機械を制御する方法は、修正カルノーサイクルの少なくとも１つの等温過程過程において熱を高温シンクThiで回収し、或いは熱を低温シンクTloで除去することを目的として、仕事がプラントへ供給される少なくとも１つの段階を含む。
【００１３】
本発明の方法は、作業流体GTに熱源と熱シンクとの間で一連のサイクルを行わせる。以下では、説明を簡単にするために、またこれは修正カルノー機械の動作原理に影響しないので、高温熱源または高温シンクの温度と、この熱源またはシンクと熱交換する作業流体の温度とを区別せず、これらの温度をThで表す。同様に、低温源または低温シンクの温度と、この低温源または低温シンクと熱交換する作業流体の温度を区別せず、これらの温度をTloで表す。従って、任意の熱交換は完全であると考える。
【００１４】
作業流体GTと移送流体LTは、好ましくは作業流体GTが移送流体LTに弱溶解性又は非溶解性であり、GTはLTと反応せず、且つ液体状態ではGTはLTよりも低密度であるように選択される。GTのLT中への溶解性が高すぎるか又は液体状態での作業流体GTの密度がLTよりも高いと、熱交換を妨げない手段によりそれらを互いに隔離する必要がある。この手段としては例えばGTとLTの間に、非浸透性ではあるが移送液体の移動に対してごくわずかの抵抗しか与えず、又熱伝達にわずかな抵抗しか与えないバリアを形成する可撓性膜を介在させることができる。他の解決手段は液体状態での作業流体GTの密度と移送液体LTの密度の間に中間の密度を有するフロートを設けることである。フロートは大きい物理的バリアを形成できるが、移送室ＣＴ、ＣＴ’の側壁に摩擦がないことが望まれる場合には完全な効果を持たせることは難しい。他方、フロートは非常に有効な熱抵抗を構成できる。これら２つの解決策（膜とフロート）を併用してもよい。
【００１５】
移送液体ＬTはプラントの動作温度で低い飽和蒸気圧を有する液体から選択されるが、これは上記の隔膜が存在しない場合に、GT蒸気が凝縮器または蒸発器でＬT蒸気を通して拡散することによる限界を回避するためである。GTとの上記の相容性があれば、ＬTの例には水、鉱油、又は合成油があり、好ましくは低粘度のものである。
【００１６】
作動流体GTは、好ましくは気液（すなわち融点と臨界温度の間の）平衡と両立する温度／圧力熱力学領域において過程過程を行う。しかし、修正カルノーサイクル中に、これらの過程過程のいくつかは、過冷却液体又は過熱蒸気領域で完全に又は部分的に行われ得る。好ましくは、作業流体は、気液平衡状態において温度と圧力の間に一変数関係が成立するように純粋物質及び共沸混合物から選択される。しかし、本発明の修正カルノー機械は非共沸溶液を作動流体としても運転できる。
【００１７】
作業流体ＧTは例えば水、CO2又はNH3である。作業流体はまた１〜６個の炭素原子を有するアルコール、１〜１８個（特には１〜８個）の炭素原子を有するアルカン、１〜１５個（特には１〜１０個）の炭素原子を有するクロロフルオロアルカン、好ましくは１〜１５個（特には１〜１０個）の炭素原子を有する一部又は完全にフッ素化又は塩素化したアルカンから選択してもよい。具体的には、1,1,1,2-テトラフルオロエタン、プロパン、イソブタン、ｎ-ブタン、シクロブタン、及びｎ-ペンタンなどが使用できる。図１は数種の前記流体GTに対する気液平衡曲線を示す。飽和蒸気圧Ｐ（ｂａｒ）は対数スケールのｙ軸に温度Ｔ（℃）の関数としてプロットしてある。
【００１８】
作業流体として使用できる流体は、それが使用されるプラント、入手できる熱源又は所望される目的に依存して、駆動流体または受動流体として作用することができる。
一般に作業流体と移送流体はまずは入手可能な熱源とヒートの温度及び機械中の所望される最大又は最小飽和蒸気圧、次いでは他の基準（特に毒性、環境絵の影響、化学安定性、及び価格）に依存して選択される。
【００１９】
室CT又はCT’内の流体GTは、駆動サイクルの場合には断熱膨張段階後に又は受動サイクルの場合には断熱圧縮段階後に、液／気二相混合物状態にある。この場合に、流体GTの液相はGT/LT境界面に集積する。室CT又はCT’が凝縮器に接続される前に室CT又はCT’内の流体GTの蒸気含有量が高い（代表的には０．９５〜１）と、これらの室内の流体GTの液相が完全に消失することが考えられる。この消失は、室CT又はCT’を凝縮器に連通させる段階の最後において、室CT又はCT’内の作業流体GTの温度を凝縮機内の液体状態にある作業流体GTの温度以上に維持することにより実施でき、この瞬間に室CT又はCT’内に液体ＧTが存在ないものとなる。
１つの実施例において、プラントは異なった温度にある熱源とヒートシンクの間で熱交換を行う手段、蒸発器Evap、凝縮器Cond、及び移送室CTとCT’内の作業流体ＧTを有する。
【００２０】
修正カルノー機械の流体変換器が流体モータであって熱源温度がシンクの温度よりも高い場合には、修正カルノー機械は駆動機械である。本発明のプラントは、意図した目的に依存して、単一の修正駆動カルノー機械であるか、又は補助装置に結合されている修正駆動カルノー機械である。この結合は熱的または機械的に達成できる。
【００２１】
第１形式の修正駆動カルノー機械では、装置PEDは飽和液体状又は過冷却液体の状態にある作業流体GTを加圧する装置、例えば補助流体ポンプAHP1より成る。
【００２２】
第２形式の修正駆動カルノー機械では、加圧又は膨張装置PEDは圧縮／膨張室ABCDと、それに関連づけられた移送手段と、移送流体LTを加圧する補助流体ポンプAHP2を含む。
【００２３】
修正駆動カルノーサイクルにより実施される本発明の方法は、次の過程を含む。
・熱を温度Thiの熱源からＧTに移す等温過程、
・ＧTの圧力減少による断熱膨張過程、
・熱をＧTにより温度Thiよりも低い温度Tloのヒートシンクへ移す等温過程、及び
・ＧTの圧力増大による断熱圧縮過程。
【００２４】
本発明の方法が一連の修正駆動カルノーサイクルであるとき、熱源はヒートシンクの温度よりも高い温度にある。各サイクルは作業流体GTの体積変化が生じる一連の工程である。この体積変化は、流体モータを駆動する液体LTの変位を引き起こすか、又は補助流体ポンプにより駆動される液体LTの変位により引き起こされる。従って、プラントはある工程では仕事を消耗し、他の工程ではこれを回収する一方、完全なサイクルにわたっては、環境に対して正味の仕事を生成する。環境はこのプラントから配送される仕事を電気、熱又は寒冷に変換する補助装置でありうる。修正駆動カルノー機械を運転する方法は図２に概要を示した機械に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
図２は修正駆動カルノー機械の概要図である。この装置は蒸発器Ｅvap、凝縮器Cond、等エントロピー圧縮／膨張室ＡＢＣＤ、流体モータＨＰ、補助流体ポンプAHP2、及び２つの移送室CT及びCT’を含む。これらの要素は作業流体GTのみを収容している第１回路と、移送流体LTのみを収容している第２回路により互いに接続されている。これらの回路は制御弁により開閉される各種の分岐を有する。
【００２６】
蒸発器Ｅvapと凝縮器Condは一般に液体・気体混合状態の作業流体GTのみを収容している。しかし、作業流体GTと熱源Thiの温度とに依存して、作業流体GTは温度Thiにおいて超臨界領域にあってよく、また、これらの条件下に蒸発器Evapは気体状態の作業流体GTのみを収容していてもよい。モータHMとポンプAHP2を流れるのは液体LTのみである。等エントロピー圧縮／膨張室ＡＢＣＤ、移送室CT及びCT’はこれら両流体GTとLTの回路の間のインターフェースを構成している。これらは底部に液体状態の流体LTを含み、及び／又は上部に液体、気体又は気液混合状態の作業流体GTを含む。
【００２７】
室ABCDはソレノイド弁SV3とSV4によりそれぞれ閉鎖できる回路（GTを収容している）を介してCondとEvapに接続されている。Evapはソレノイド弁SV1、SV1'によりそれそれ閉鎖できる回路（作業流体GTを収容している）を介してCT及びCT’に接続されている。Condはソレノイド弁SV2、SV2'によりそれそれ閉鎖できる回路（作業流体GTを収容している）を介してCT及びCT’に接続されている。図２に示した実施例では、閉鎖手段とは二方向ソレノイド弁である。しかし、制御されるかどうかに拘わらず、他の型の弁、特に空気弁、スライド弁、逆止弁を使用してもよい。何対かの二方向弁（すなわち１つの入口と１つの出口を有するもの）を三方向弁（１つの入口と３つの出口、又は２つの入口と１つの出口）と置換してもよい。他の可能な弁の組み合わせは当業者の設計事項である。
【００２８】
図２の実施例において、流体モータHMを流れる液体は常に同一の方向に流れる。流体モータの最も頻繁に使用される１つである本発明の実施例では、高圧移送液体LTは常に同じ入口（図２の右側）へ接続され、低圧移送液体LTは常に同一の出口（図２の左側）へ接続される。室CTとCT’は交互に高圧及び低圧になるので、一組の電磁弁がそれらをモータHMの適正な入口／出口に接続する。従って、流体モータHMは、高圧のLTを収容していて電磁弁SVhi及びSVhi'によりそれぞれ遮断できる回路によりCT及びCT’の入口（又は上流）に接続され、そして、低圧のLTを収容していて電磁弁SVlo及びSVlo'によりそれぞれ遮断できる回路によりCT及びCT’の出口（又は下流）に接続されている。例えば、図２に示したサイクルの段階において、高圧は室CT’に低圧は室CTにあり、電磁弁SVhi'及びSVloは開き、電磁弁SVhi及びSVlo'は閉じており、モータHMを流れる移送液体は右から左へ向かう。他の半サイクル中には、高圧は室CTに低圧は室CT’にあり、電磁弁SVhi'及びSVloは閉じ、電磁弁SVhi及びSVlo'は開いているが、モータHMを流れる移送液体は同一の方向（右から左）へ向かう。
【００２９】
室ABCDはその低い位置において移送液体LTを収容していて、補助流体ポンプAHP2と電磁弁SVrを並列な分岐回路にそれぞれ含む回路により、モータHMの下流端に接続されている。液体LTがHMからABCDへ流れるとき、液体LTはAHP2により加圧され、SVrは閉じる。液体LTがABCDからHMへ流れるとき、液体LTは重力により移動し、SVrは開き、AHP2は停止される。移送流体LTは最終的にCT又はCT’へ流れるので、室ABCDは室CT及びCT’の上方にある必要がある。
【００３０】
図2において、流体モータHMの軸SHは受動体（すなわち仕事消費体）に直接又は通常の継手を介して接続される。受動体は流体モータHMの軸に直結された交流発電機であり、補助流体ポンプAHP2は磁気クラッチMCを介してモータHMに結合されている。他の結合手段、例えば万能ジョイント、ベルト、磁気または機械的クラッチも使用できる。同様に、例えば水ポンプ、修正受動カルノー機械、又は通常のヒートポンプ（機械的蒸気圧縮機能を有するもの）等の他の受動体を同じ軸に接続してもよい。必要なら、フライホイールをこの軸に取りつけてサイクルの受動及び駆動行程の連携を促進してもよい。
【００３１】
修正カルノーサイクルは冷凍技術者により使用されるモリエ図に記載できる。圧力は作業流体の単位質量当たりのエンタルピーｈの関数として対数尺でプロットできる。図３は作業流体GTが従う修正カルノーサイクルのモリエ図である。
【００３２】
使用される作業流体GTに依存して、蒸発器の出口での飽和蒸気の等エントロピー膨張の過程は二相混合物または過熱蒸気を生じる。図３において、二相混合物の場合は点ｃとｄを結ぶ点線間の経路で示されており、過熱蒸気の場合には点ｃとdsvを結ぶ実線間の経路で示されている。さらに、GTがどんなものかに拘わらず、蒸発器の出口の蒸気は、等エントロピー膨張の後に飽和限界の過熱蒸気または蒸気のみが存在するように過熱され得る。この第３の場合は図３に点csvとdsvを結ぶ一点鎖線で示した経路で示されている。過熱蒸気領域での等エントロピー膨張の始点または終点での侵入（incursion）は不可逆性を生じるので、サイクルの効率低下をもたらす。しかし、点ｄが飽和蒸気段階に非常に近接していれば、等エントロピー膨張後にGTを過熱することにより室CT又はCT’内の液体GTを無くするのが好ましい。CT及びCT’内でGTを加熱するための手段を選択することは当業者には容易である。熱は例えば電気抵抗素子により、又はThiで熱源と熱交換することにより供給できる。熱交換はLT回路に一体化した熱交換器で行われ、そのLTはCT及びCT’内のそれらの界面でGTと熱交換する。熱交換はまたCT及びCT’の側壁と行われ得る。図２に示されている、温度Tiで熱がGTに供給されるものは後者の可能性である。
【００３３】
修正駆動カルノーサイクルは、時刻tα, tγ, tδ, tλにそれぞれ開始する引き続く4つの相により形成される。これは以下に図３のモリエ図のa-b-c-dsv-e-aのサイクルを参照して説明する。原理はa-b-csv-dsv-e-aのサイクルに対しても同じである。
【００３４】
αβγ相(時刻ｔαとｔγの間)
時刻ｔαの直前に、LTのレベルは室ABCD及び室(シリンダ)CT内で低く（Lで表す）、室(シリンダ)CT’で高い（Hで示す）。同じ瞬間に、GTの飽和蒸気圧はABCDとCTで低いPlo 値を有し、蒸発器EvapとCT’で高いPhi値を有する。サイクルのこの瞬間が図２に示されているプラントの構成に相当する。
【００３５】
時刻ｔαにおいて、電磁弁SVlo', SV2, SVhi' 及びSVloの開放とポンプAHP2の係合により、次の作用が生じる。
・圧力Phiの蒸発器を出て行く飽和蒸気GTは室CT’に侵入し、移送液体LTを中間レベル（Jで表す）にもたらす。LTはモータHMを通り、その中で膨張して仕事を生じ、その一部はポンプAHP2により回収される；
・モータHMによる膨張の後、移送液体LTの一部は室CTに移送され、移送液体LTの他の部分は室ABCDに移送される。室CTでは液体LTは例レベルから中間レベル（Iで示す）へ移動し、そしてGT蒸気を凝縮器に排出し、その中で凝縮してその底に貯まる（ここでは弁SV2が開き、弁SV3が閉じている）。移送液体LTの他の部分はポンプAHP2により取り込まれ、より高い圧力で室ABCDに放出され、それによりこの室内に収容されている気液GT混合物が等エントロピー的に圧縮されることを可能にする。
【００３６】
モリエ図（図3）において、この段階は次の同時過程に相当する。
＊  a → b：室ABCD内で、
＊  b → c ：Evap−CT’の組み合わ中で 
＊  dsv → e ：CT−Condの組み合わせ中で
室ABCD内でのGTの低圧Ploから高圧Phiへの加圧は、まだ高圧Phiにある蒸発器に導入される前に行う必要がある。従って、それは室ABCDと室Evapの間の電磁弁SV4（逆止弁で置換可）が開放するのは時点ｔβのみである。これにはこの段階の開始時点で蒸発器内で液体状態にあるGTの貯留が必要である。この貯留はこの段階の終点で再構成される。
【００３７】
エネルギー面からみると、このαβγ相において、熱Qhiが温度Thiで蒸発器で消費され、温度Tlo (Tlo<Thi)の凝縮器で放出され、正味の仕事Wαβγもまた外部に送出される。
【００３８】
γδ相（時刻ｔγとｔδの間）
時刻ｔγ、すなわちLTのレベルがあらかじめ規定した値（CTにおいてI、CT’においてJ、及びABCDにおいてH）に達したとき、電磁弁SV2、SVlo及びSVhi'が開放状態のままであり、電磁弁SV3及びSVrが開放される。その結果、
・CT’室に収容されたGT蒸気は膨張を続けるが、準断熱過程であり（図3のモリエ図においてc→d→dsv段階)、再び移送液体LTをモータHMを介して室（シリンダ）CTに放出する。実際、この過程は、流体GTに依存して、二相領域または過熱蒸気に終わる厳密に断熱膨張と、それに続く、加熱を許す充分な温度（TloとThiの間）に維持された室CT’の壁を介するわずかな過熱（ｄ→dsv)との二段階に分解できる。このd→dsvの過程は、もしも厳密な断熱膨張（ｃ→d）の後に、流体GTが二相領域にあれば、液体GTは一部分がこのγδ相の終わりに凝縮室に放出される；
・凝縮器と連通している室ABCDは低圧に戻され、その下部に収容されている移送液体LTは重力により好ましくは室ABCDよりも下側にある室CTに流れる。しかし、電磁弁SVrが電磁弁SV3よりも少し前に開放し且つ少量のGTが室ABCDの上部に飽和状態で残留していれば、室CTと連通している時間中のLTの減圧が、初期に高圧Phiにある前記液体GTの残りを部分的又は完全に気化させる。これらの条件下に、弁SVrの上流側の圧力はLTの移送期間を通じて液柱の高さを補うに充分でありうるもので、その場合、室ABCDは必ずしもCT及びCT’の上側になくてよい；
・室CTにおけるLTのレベルの上昇（IからHへ）があるので、室CTの蒸気GTの残部は凝縮器Condにおいて凝縮する（e→a段階）；
すべての凝縮液（前の相で蓄積したもの及びこの相で蓄積したもの）はABCD内にある。
【００３９】
エネルギー面からみると、このγδ相の期間において、熱Qeaが温度Tloの蒸発器で釈放され、室CT’では、段階d→dsvの過熱を提供する熱（Thiの熱源から取り出されたもの）は消費される可能性はほとんどなく、また仕事Ｗβγは外部へ送られる。
【００４０】
サイクルの第２部分は対称である：蒸発器、凝縮器及びABCDは同じ継続した過程であるが、室CTとCT'の役割が入れ替わっている。
【００４１】
δελ相（時刻ｔδとｔλの間）
この相はαβγ相に均等であるが、ただし、移送室CTとCT’は役目が反転する。
λα相（時刻ｔλとｔαの間）
この相はγδ相に均等であるが、ただし、移送室CTとCT’は反転する。
λα相の後、第２形式の修正駆動カルノー機械は上に記載したサイクルのα状態にある。流体GTが従う各種の熱力学的過程（任意であるd→dsvを含む）及び移送液体LTのレベルは表１に示す。作動素子（電磁弁、ポンプAHP2のクラッチ）の状態は表２に示す。表２においてｘは対応する電磁弁が開放するか又はポンプAHP2が係合していることを示す。
【００４２】
【表１】
0005599776.tif 000002
【表２】
0005599776.tif 000003
【００４３】
仕事の生成はサイクルの期間中に連続するが、しかし、動力は一定ではない。その理由は、流体モータの端子間圧力が変動するか、又はこの仕事の一部（時間経過で変動可能）が補助流体ポンプAHP2により回収されるからである。これはもしも外部に送出される仕事がサイクル中に一定でなくてもよい機械（例えば水ポンプまたは修正需要カルノー機械）により受け取られる場合には問題がない。もちろん、サイクルを通じての平均動力は、定常運転状態が実現され且つ温度ThiとTloが一定にとどまる場合には、一つのサイクルから他のサイクルにわたり一定にとどまる。
【００４４】
さらに、γδ相からλαの相の期間では、蒸発器は他の回路から孤立させられ、Thiの高温熱熱源から供給される熱は先験的に連続である。これらの条件下に、これら孤立相の期間には温度上昇があり、従って蒸発器での圧力上昇、それに続く電磁弁SV1 又はSV1'の再開放時の時刻tαとtδでの圧力急低下が生じる。
【００４５】
本発明の方法を実施する好ましい方法においては、移送液体LTが圧縮性でない事実、及び３つの室ABCD、CT及びCT’で同時に起きるレベル変動が独立でない事実が考慮される。さらにはLTのこれらのレベル変動は流体GTの体積変動に起因するか又はかかる変動を起こす。これはサイクルの各段階における流体GTの密度の次の関係式で表される。
ρe−ρa＝ρdsv−ρc              （式１）
ここにρiは点i（ｉはe, a, dsv及びc）におけるGTの密度である。
【００４６】
図４は第２形式の３つの修正駆動カルノーサイクルに対するモリエ図を示す。すなわち、これらのサイクルは、a”-b”-c”-dsv-e”-a” 、a’-b’-c’-dsv-e’-a’ 、及び a-b-c-dsv-aである。これらの３つのサイクルは凝縮器において同一のGT温度Tloを、蒸発器において増大するT”hi, T’hi 及びThiをそれぞれ有する。この図において、一点鎖線は一定密度における曲線を表す。
【００４７】
凝縮器の温度と蒸発器の温度が非常に近い（或は一致する）場合には、モリエ図の点ｅはサイクルa”-b”-c”-dsv-e”-a”で示したように点ａに近い（或は一致する）。ヒートシンクの温度と熱源の間の温度差が増大するにつれて、点ｅは点ａから離れて点dsvに近づく。サイクルa’-b’-c’-dsv-e’-a’は中間のケースであり、サイクルa-b-c-dsv-aは点ｅが点dsvに一致する極端なケースである。修正駆動カルノーサイクルの効率はヒートシンクと熱源の温度差が大きいほど高くなるから、サイクルa-b-c-dsv-aは固定されたヒートシンク温度Tloに対して充分に高い温度Thiを有することが望ましい。
【００４８】
この好ましいケース（ρe＝ρdsv）では、式１は図４に示されているようにρc＝ρaとなる。さらに、第２形式の修正カルノー機械の動作方法の一般的な形態において記載された段階は、dsv(又はd) → eの段階がもはや行われないので、単純化される。
【００４９】
従って、修正駆動カルノーサイクルの２つの等温過程の間の温度差（Thi−Tlo）は一方の温度（Thi又はTlo）及び選択した作業流体GTに依存する或る最大値Tmaxを越えることはできない。こうして、修正カルノー機械の性能は特にこのTmaxに依存する。特定の流体GTと特定のThi又はTloで最大の効率をえるためには、比ρa/ρcができるだけ１に近く（しかし常に１より小さい）、好ましくは0.9≦ρa/ρc≦1、より好ましくは0.95≦ρa/ρc≦1となる他の動作条件を選択する必要がある。
【００５０】
この好ましい実施方法の各種の熱力学的過程は表３に示し、各種作動素子（電磁弁、ポンプAHP2のクラッチ）は表４に示す。ここにｘは対応の電磁弁が開放していること、又はポンプAHP2が係合していることを示す。
【００５１】
【表３】
0005599776.tif 000004
【表４】
0005599776.tif 000005
【００５２】
好ましい形態の第２形式の修正カルノーサイクルの段階は、一般的な形態に対する上述の説明とは異なる場合に、以下に詳細に説明する。
【００５３】
作業流体GTがThiの高温熱源及びTlo<Thiの低温シンクとの熱交換によりそれぞれ蒸発器Evapが高温度に且つ凝縮器Condが低温に維持されており、またGTと移送液体LTのすべての連絡回路が閉じている初期状態から出発すると、作業流体GTは次の段階より成る連続したサイクルに従う：
αβγ相（時刻ｔαとｔγの間）
時刻ｔαにおいて、電磁弁SV1'とSVhi'が開放し、ポンプAHP2が係合すると次の作用が生じる。
圧力Phiで蒸発器を出る飽和したGT蒸気が室CT’に入り、移送流体LTを中間レベル（Ｊで示す）で排出する。LTはモータHMを通り、その中で膨張して仕事を生成し、その一部はポンプAHP2により回収される。そして、
HMで膨張した後、移送液体LTはポンプAHP2により取り入れられ、より高い圧力で室ABCDに送られ、そこでこの室内に収容されている液／気GT混合物が等エントロピー圧縮されることを可能にする。
【００５４】
モリエ図（図４）では、この段階は次の同時過程に対応する。
a → b：室ABCD中で
b → c：室Evap−CT’の組で
【００５５】
室ABCDでの圧力PloからPhiへの流体GTの加圧は、常時高圧Phiにある蒸発器に流体GTが入る前に行われなければならない。従って、室ABCDと室Evapの間にある電磁弁SV4（逆止弁で置替可能）が開放するのは、時刻ｔβでのみである。
【００５６】
エネルギーの観点からは、このαβγ相の間に、熱QhiはThiの蒸発器において消費され、正味の仕事Wαβγもまた外部に送られる。
【００５７】
γδ相（時刻ｔγとｔδの間）
時刻ｔγ、すなわちLTのレベルが所定値（CT’でJ、ABCDでＨ）に達したとき、電磁弁SV1'とSV4 が閉じられ、SVhi'が開いたままであり、電磁弁SV2、SV3、SVlo、SVrが開く。その結果は次のとおりである。
室CT’内のGT蒸気は膨張を続けるが、断熱または準断熱的であって、c→dの過程（d→dsvが可能)をたどり、そしてモータＨＭを通して移送液体LTを室（シリンダ）ＣＴに放出する。この過程は、厳密な断熱膨張（c→d）（流体GTに依存して2相領域又は過熱蒸気に終わる）と、その後の、充分な温度（TloとThiの間）に維持されているCT’の壁によるわずかな過熱(d→dsv)とに分解できる；
凝縮器に連通している室ABCDは低圧に戻され、その下側部分に収容されている移送液体LTは重力の作用で室ＣＴに流れる（それゆえ好ましくは室ＣＴは室ABCDの下方に位置する必要がある）。しかし、もしも電磁弁SVrが電磁弁SV3以前にわずかに開き、またもし少量のGTが室ABCDの上側部分で飽和液体状態にとどまるなら、室ＣＴとの連通段階でのLTの減圧が初期に高圧Phiにある残りの前記液体GTを部分的又は完全に気化させる。かかる条件下では、SVrの上流の圧力はLTの移送期間を通じて液柱の高さを補償するに十分でありうるので、その場合には室ABCDは必ずしも室CTとCT’の上方にある必要はない； 
室CTでのLTのレベルの上昇（ＬからＨへ）のため、室CＴに収容されているGT蒸気は凝縮器Condで凝縮される(d又はdsv→aへの過程); そして
凝縮液は自重により室ABCDへ流れるので凝縮器Condに貯まることがない。
【００５８】
エネルギーの観点からは、このγδ相の期間に、熱Qdaは温度Tloで凝縮器内で放出され、少量の熱（高温熱源Thiからの）は、過熱d→dsvを行い且つ仕事Ｗγδも外部に送出する。
【００５９】
第２形式の修正カルノー機械における本発明の実施方法の一般的場合と同様に、サイクルの他の半分は対称である：
・δελ相（時刻ｔδとｔλとの間）はαβγ相に均等であるが、移送室CTとCT’の役目は反転している；
・λα相（時刻ｔλとｔαとの間）はγδ相に均等であるが、移送室CTとCT’の役目は反転している。
【００６０】
より具体的には、
・時刻ｔδにおいて、時刻ｔγで開いたすべての回路は閉じられ、EvapとCTの間のGT回路は開き（弁SV1により）、CTと流体モータHMの上流側との間のLT回路は開放し(SVhiによる)、そして補助ポンプAHP2は作動されている。その結果、
＊高圧Phiで室Evapを出る飽和蒸気GTは室ＣＴに入り、中間レベルＪの液体LTを移送する；
＊液体LTはモータＨＭを通り、その中で膨張し、次いで補助ポンプAHP2により取り入れられ、室ABCDに放出される；
・時刻ｔεにおいて、室ABCDと室Evapとの間のGT回路は開放され（弁SV4による)、その結果作業流体GTは液体状態で蒸発器に導入される；
・時刻ｔλにおいて、EvapとCTの間のGT回路は開き、ABCDとEvapの間の回路は閉じ、補助ポンプAHP2は停止し、CondとABCDの間のGT回路は開き(SV3による)、CT’とCondの間の回路は開き (SV2'による)、CT’とABCDの間のLT回路は開放する（SVrとSVlo'による）。その結果：
＊室CT内のGT蒸気は断熱膨張と続け、LTをCT内で低レベルまで膨張し、ついでＨＭを通して室CT’に入る。
＊Condと連通している室ABCDは低圧に戻され、その下側部分に含まれているLTは室CT’に流れ；そして
＊室CT’に含まれているGT蒸気はCond内で凝縮する。
【００６１】
数サイクルの後に、プラントは定常状態になり、高温熱源は熱を温度Thiで蒸発器Evapに連続的に送る。熱は凝縮器Condにより温度Tloの低温源（シンク）に連続的に送られ、仕事は機械から連続的に外部に供給される。第２形式の修正駆動カルノーサイクルのこの好ましい実施例では、与えられた作業流体と凝縮器任意の温度Tloに対して、密度ρcとρaが等しくなるような蒸発器の最高温度Thi-maxが存在する。しかし、Thi-maxよりも十分に高い温度Thiの熱源が存在すれば、本発明の２つの修正駆動カルノー機械をカスケード接続することによるか、又はこのプラント内で第１形式の修正駆動カルノー機械を使用することにより、機械が先験的により高い効率を有することができる。
【００６２】
第１形式の修正駆動カルノー機械においては、凝縮器Condと蒸発器Evapの間に置かれた加圧／膨張装置は、補助流体ポンプAHP1と電磁弁SV3と直列に含んでいる。図５はこの装置の概要図である。第２形式のカルノー駆動機械の部分と同一の部材には同じ参照符号を付した。電磁弁SV3は単純な逆止弁と置換してポンプAHP1に一体化してもよい。凝縮器Condの出口で飽和液体状態の作業流体GTはポンプAHP1により直接加圧され、蒸発器Evapへ導入される。図５において、温度T1で熱が室CTとCT’に導入される可能性は示されなかったが図２の場合と同様に可能性が残る。
【００６３】
各種の作動素子（電磁弁とAHP1ポンプ）は以下に詳細に記載しまた表５〜６に示す。
【００６４】
【表５】
0005599776.tif 000006
【表６】
0005599776.tif 000007
【００６５】
第１形式の修正カルノーサイクルの段階は、一般形態の上述の第２形式の修正カルノーサイクルと異なる点に対して以下に説明する。第１サイクルは、Thiの高温熱源とTloの低温ヒートシンクとの熱交換によって、作業流体GTがそれぞれ蒸発器Evapでは高温度の維持され、凝縮器Condでは低温度に維持されており、また流体GTと移送液体LTに対するすべての連通回路が閉じている状態から開始される。時刻t0において、補助流体ポンプAHP1が作動され、CondとEvapの間のGT回路が開かれ（弁SV3による）、それにより、飽和または過冷状態のGTの一部がAHP1により凝縮器Condの下部に取りこまれ、過冷液体状態でEvapに放出され、そこで加熱され、次いでGTは一連の修正カルノーサイクルに掛けられる。これらの段階を以下に示す。
【００６６】
αβ相（時刻ｔαとｔβの間）
ｔαの直前には、室（シリンダ）CT中のLTのレベルは低く（Lで表す）、室CT’中のLTのレベルは高い。同じ瞬間にGTの飽和蒸気圧はCT中では低い値Ploを有し、EvapとCT’中では高い値Phiを有する。サイクルのこの瞬間は図５に示されている。
【００６７】
時刻ｔαでは、電磁弁SV1', SV2, SV3, SVhi'及びSVloの開放と補助ポンプAHP1の作動は次の作用を引き起こる：
圧力Phiで蒸発器を出て行く飽和GT蒸気はCT’に入り、中間レベル（Jで表す）で移送液体LTを放出する。LTはモータHMを通過し、その中で膨張し、それにより仕事を生成する。AHP1に対して必要な仕事は独立の電気モータ（図示せず）から供給される。変形例において、ポンプAHP1は磁気クラッチMCを介して流体モータの軸に結合することができ、その結果、この段階で流体モータによって送られる仕事の一部がポンプAHP1により受け取られる；
HMにより膨張された後に、移送液体LTはCTに送られる。この室CT内で、LTは低いレベルから中間レベル（Iで表す)へ移動し、GT蒸気を凝縮器に放出し、その中で凝縮が行われる。飽和液体状態の作業流体GTはポンプAHP1により引き出され、より高い圧力でEvapに送られ、過冷状態でそこに入る。
【００６８】
モリエ図（図６）では、この段階は次の同時過程に相当する。
a → b：凝縮器と蒸発器の間で
b → bl → c：Evap−CT’の組み合わせで
dsv → e：CT−Condの組み合わせで
【００６９】
もしも補助流体ポンプAHP1の上流にGT液体が存在しなければ、補助ポンプAHP1は作動せず、また電磁弁SV3は開かないことが好ましい。必要ならば液体レベル検出器を安全要素として使用してこのポンプを停止しこの電磁弁を閉鎖するようにしてもよい。蒸発器Evap内でのGTの蒸発は凝縮器から流入する液体GTにより連続的に補充され、それにより蒸発器中の液体GTのレベルがほぼ一定に維持される。
【００７０】
エネルギーの観点からは、このαβ相の期間に、蒸発器中で熱Qhiが温度Thiで消費され、凝縮器中で熱Qdeが温度Tlo (Tlo<Thi)で釈放され、正味の仕事Wαβが外部へ送られる。この場合に仕事Wαβは流体モータHMにより送出される仕事と補助流体ポンプAHP1により消費される仕事との差である。
【００７１】
βγ相（時刻ｔβとｔγの間）
時刻ｔβ、すなわちLTのレベルが所定の値（CT内ではI、CT’内ではJ)に達し、電磁弁SV1'が閉じ、電磁弁SV2、SV3、SVlo、SVhi'が開放状態のままであり、ポンプAHP1が作動しているとき（液体GTが上流に存在するとして）、次のようになる：
・CT’内のGT蒸気が断熱的に膨張を続け（図６のモリエ図でc→dsv過程）、モータHMを通して再び液体LTをシリンダCTに放出する。図３に例示した実施例の場合と同様に、この過程は、使用される流体GTに依存して、二相領域または過熱蒸気に終わる厳密な断熱膨張(c → d)と、その後の、これを可能にするように充分な温度（TloとThiの間)に維持されたCT’の壁によるわずかな過熱(d → dsv)とに分解できる；
・CT内でのLTのレベルの上昇 ( IからHへ)のため、CT内のGT蒸気の残りはCondで凝縮される(e→a過程)；そして
・前の段階の場合と同様に、凝縮液は凝縮器の底に溜まるにつれてポンプAHP1に取り込まれる。
【００７２】
エネルギーの観点からは、このβγ相の期間に、熱Qeaが温度Tloで凝縮器内にて釈放され、少量の熱（Thiの熱源から得たもの）がd → dsvの過熱に対してCT’内で消費され、正味の仕事Wβγもまた外部に送られる。
【００７３】
他の半部分は対称である。すなわち、蒸発器と凝縮器は同一の引き続く過程を行う個所である。ただしCTとCT’の役割は入れ替わる。
【００７４】
γδ相（時刻ｔγとｔδの間）及びδα相（時刻ｔδとｔαの間）
これらの相はαβ及びβγ相とそれぞれ均等であるが、移送室CTとCT’の役割はは入れ替わる。
より詳しくは次のとおりである。
・時刻ｔγにおいて、時刻ｔβで開いた回路は、室Condと室Evapの間の移送流体GTのための回路を除いて閉じ(SV3を介して)、GT回路はEvapとCTの間で(SV1による)及びCT’とCondの間で開き(SV2'による)、そして流体モータHMを経由するCTからCT’への移送流体LTのための回路は開く（SVhiとSVloによる）。その結果：
＊GTはEvapで加熱されて蒸発し、高圧Phiの飽和したGT蒸気はEvapを出て行き、室CTへ流入し、LTを中間レベルJにする；
＊LTはモータHMを通過するときその中で膨張し、次いでLTはCT’へ移送されて中間点Iまで上昇される；
＊CT’内のGT蒸気は液体LTにより排出されて凝縮器Cond内で凝縮する；ついで
＊飽和し又は過熱液体状態のGTは凝縮器Condの下側部分に移り、そこで順次補助ポンプAHP1により取り込まれ、次いで過冷却液体状態でEvapに入る。
・時刻ｔδでEvapとCTの間の回路は閉じるので（SV1の閉鎖)、次のようになる。
＊CT内のGT蒸気は引き続いて断熱的に膨張し、液体LTをCT内で低レベルまで移動させ、次いでモータHMを通してCT’に入れ、そこで液体LTは高レベルに達する；
＊CT’内の残りのGT蒸気であって液体LTにより排出されたものは凝縮器Condで凝縮される；そして
＊飽和し又は過冷却された液体状態のGTは凝縮器Condの下側部分に到来し、そこでポンプAHP1により連続的に取り込まれそして最後に過冷却状態でEvapに入る。
【００７５】
数サイクルの後にプラントは定常状態で動作し、高温熱源は高温度Thiの熱を連続的に蒸発器Evapに移し、熱は凝縮器により連続的に低温度Tloの低温シンクに移され、仕事は連続的に機械から移送される。
【００７６】
この構成（第１形式）において、サイクルの各段階における流体GTの密度を表す式１はこの場合にも成り立つ。
ρe−ρa＝ρdsv−ρc                式１
【００７７】
しかし、凝縮器を出ていくGTの密度すなわち飽和液体状態での密度（モリエ図の点ａ）は、ThiとTloの間の温度差とは無関係に、常に蒸発器を出ていくGTの密度すなわち飽和又は加熱蒸気状態での密度（モリエ図点ｃとcsv）よりも遙かに小さい。従って、次の不等式が依然として満足される。
ρa < ρe < ρdsv                  不等式１
【００７８】
モリエ図で点ｅは常に点ａとdsvの間にあり、温度TloとThiは第１形式の修正駆動カルノー機械の動作に影響することなく独立に完全に固定しうる。
【００７９】
第１形式の修正駆動カルノーサイクルはその動作がより単純であり、より少ない構成要素を有する。しかし、ランキンサイクルの場合にように、b → bl過程は認めうる程度の非可逆性を生じ、これはサイクルの効率に望ましくない影響を与える。しかし、差(Thi-Tlo)の増大は逆にこの効率に対して正の効果を与えるので、熱力学的な条件と選択される流体GTに依存して、第２形式の修正駆動カルノーサイクルとその好ましい形態よりも第１形式の修正駆動カルノーサイクルの方が最終的にはより高い効率を有しうる。
【００８０】
本発明の方法が一連の修正受動カルノーサイクルの場合、熱源はヒートシンクの温度Thiよりも低い温度Tloにある。各サイクルは作業流体GTの体積変化が存在する期間中の引き続く段階により構成される。この体積変化は液体LTの変位を引き起こし又は変位により引き起こされる。従って、ある段階ではプラントは仕事を消費しまた他の段階では仕事を回復するが、完全な１サイクルでは流体ポンプHPを経由して環境により送られる仕事の正味の消費がある。
【００８１】
第１形式の受動駆動カルノー機械では、断熱膨張段階は等エンタルピーであって等エントロピーではない。この理由は、等エントロピー膨張の期間に回復することができる仕事が、サイクルの他の段階に関係する仕事と比較して低いからである。等エンタルピー膨張は単純な非可逆断熱膨張装置しか必要としないので、加圧または膨張装置は毛細管又は膨張弁であってよい。第２形式の修正受動カルノー機械では、加圧及び膨張装置が断熱圧縮／断熱膨張室ABCD及びそれに関連した移送手段であることを必要とする。従って、この好ましい形態の第１形式の受動駆動カルノー機械では、修正受動カルノー機械の性能係数又は増幅係数は若干減じるが（従来の等価な機械のそれよりも高いが）、方法の実質的な単純化が伴い、低いコストになる。
【００８２】
本発明の方法が引き続く複数の修正受動カルノーサイクルである場合に、熱源はヒートシンクの温度Thi以下の温度Tloにある。各サイクルは作業流体GTの体積の変化が存在する時間中の一連の段階により形成される。この体積変動は液体LTの変位を引き起こし或いは引き起こされる。従って、ある段階の時間中にプラントは仕事を消費しまた他の段階の時間中に仕事を回収するが、完全な１サイクルでは環境から流体ポンプHPを経て送られてくる仕事の正味の消費がある。
【００８３】
図７は第２形式の修正受動カルノー機械の概略図である。この機械は蒸発器Evap、凝縮器Cond、等エントロピー圧縮／膨張室ABCD、流体ポンプHP、及び２つの移送室CTとCT’より構成される。これら各種の要素は、作業流体GTだけを収容する第１回路と移送液体LTだけを収容する第２回路により互いに接続されている。これらの回路は制御され或いは制御されない手段により閉鎖できる各種の分岐を有する。しかし、他の型の制御された弁、特に空気弁、滑り弁、逆止弁を使用することもできる。二方向弁の何組（すなわち１つの入口と１つの出口を有する弁）を三方向弁（１つの入り口と２つの出口、又は２つの入り口と１つの出口）で置き替えてもよい。他の可能な弁の組み合わせは当業者には明らかである。
【００８４】
蒸発器Evapと凝縮器Condは一般に気液混合状態の流体GTのみを収容する。しかし、作業流体GTとホットシンクの温度Thiにおいて超臨界領域にあってもよいし、これらの条件下に凝縮器Condが気体状態のGTのみを収容していてもよい。
【００８５】
ポンプHPには液体LTのみが流れる。要素ABCD、CT及びCT’は２つの回路（GT 及びLTの回路)の間のインターフェースを構成する。これらの回路は下側部分に移送流体LTを含み及び／又は上側部分に液体、気体又は気液混合状態の流体GTを含む。ABCDは電磁弁SV3とSV4によりそれぞれ閉鎖できるGTを含む回路によりCondとEvapに接続されている。Evapは電磁弁SV1とSV1'によりそれぞれ閉鎖できるGTを含む回路によりCTとCT’に接続されている。CondはSV2とSV2'によりそれぞれ閉鎖できるGTを含む回路によりCTとCT’に接続されている。
【００８６】
一般に、流体ポンプを流通する液体は常に同じ方向に流れる。これは図７に示された最も普通の選択肢である。これは、低圧移送流体LTがつねに同一入口（図７の左手）にあるポンプHPに接続されていること、高圧移送液体LTが常に同じ出口（図７の右手）に接続されてることを意味する。室CTとCT’は交互に高圧及び低圧に成るので、一組の電磁弁が、それらをポンプＨＰの適当な入口／出口に接続する役目をする。従って、ポンプＨＰは、電磁弁SVloとEVlo'でそれぞれ閉鎖できる低圧のLTを含む回路により室CTとCT’の入口（上流）側へ接続され、また電磁弁SVhiとSVhi'でそれぞれ閉鎖できる高圧のLTを含む回路により室CTとCT’の出口（下流）側へ接続できる。例えば、もしも高圧が室CT’内にあり、低圧が室CT内にある場合には、電磁弁SVhi'とSVloが開き、電磁弁SVhiとSVlo'が閉じ、移送液体はポンプＨＰを通して左から右に流れる。他の半サイクル中には、高圧が室CT内にあり、低圧が室CT’内にあり、電磁弁SVhi'とSVloが閉じ、電磁弁SVhi とSVlo'が開くが、しかし移送液体LTはポンプを同じ方向に（左から右に）流れる。
【００８７】
室ABCDはその下側部分で移送液体LTを収容する回路の２つの平行な分岐管により接続されている。電磁弁SViにより閉鎖できる分岐は高圧LT回路に接続され、電磁弁SVrにより閉鎖できる分岐は低圧回路に接続される。LTがABCDから移送室CT又はCT’に流れる時は、その流れは重力によるので、ABCDはCT及びCT’よりも上方に位置することが必要である。
【００８８】
流体ポンプHPの軸は１つ以上の駆動装置（すなわち仕事を送る）に、直接又は通常の結合手段（万能継手、ベルト、又は磁気的または機械的クラッチ等）で接続されなければならない。例えば、図７において、軸SHは磁気クラッチMC1を介して電気モータEMに結合され、他方の磁気クラッチMC2は他の電気モータ、例えば流体タービン、ガソリンまたはジーゼルエンジン、ガス動力エンジン、又は修正カルノー機械に結合される。最後に、必要なら、フライホイールをこの軸に取り付けることによりサイクルの受動及び駆動段階の連携を促進することができる。
【００８９】
駆動流体GTが従う修正受動カルノーサイクルは図８に示したモリエ図に記載されている。
【００９０】
使用される流体GTに依存して、蒸発器の出口での飽和蒸気の等エントロピー圧縮段階は二相混合物または過熱蒸気を生じる。図８において、第１の場合（極めてまれだが二相混合物の場合）は点１と点２の間の点線の経路により表され、第２の場合（過熱蒸気）には点１と点2svの間の実線の経路で表される。さらに、GTには無関係に、蒸発器の出口の蒸気は、等エントロピー圧縮後に飽和限界で過熱蒸気または蒸気のみとなるようにわずかに過熱される場合がありうる。この第３の場合は図８に点1svと点2svの間の一点鎖線の経路で表される。過熱蒸気領域における等エントロピー圧縮領域の起点と終点の間の任意の経路は不可逆性を生じるので、性能係数又はサイクルの増幅係数のわずかな減少を引き起こす。修正駆動カルノーサイクルの場合と同様に、等エントロピー圧縮の入口でGTの過熱が生じる可能性があるが、しかしこれは、この等エントロピー圧縮が二相領域を生じる場合にのみ、わずかな利益を与える（液体GTが室CT又はCT’に存在することを避ける)。この過熱の発生に対する技術的な解決策は駆動機械（電気的抵抗素子、高温熱源Thiとの熱交換など）の場合と同様であり、図７には示されない。
【００９１】
作業流体GTを蒸発器に導入するための装置は、GTが液体状態で蒸発器に導入されるが、飽和液体（図８のモリエ図で点３）が膨張した後には、より大きい体積を占有し且つ残りの液体の上方にオーバーヘッドを生じる（図８のモリエ図で点４）ように設計される。いくつかの解決策のうちの一つは、可撓性の吸引チューブの吸引端を室ABCD内のフロート線の直下で浮きに固定することである。室ABCDは蒸発器内の液体GTのレベルよりも上に配置する必要があり（図７）、また室CTとCT’の上に配置する必要があるので、液体GT又はLTのいずれかのこれら貯器への導入は重力の作用で行われる。
【００９２】
修正カルノーサイクルは時刻ｔα、ｔγ、ｔδ、ｔλにそれぞれ開始する４つの引続く相により形成される。点1svでの変数は原理を変えないので、以下には経路1-2sv-3-4-5-1のサイクルのみを記載する。
【００９３】
作業流体GTと移送液体LTに対するすべての連絡回路が閉鎖されている初期状態（t0）から開始して、流体ポンプＨＰが作動され、次いでGTが次の記載する各段階を含む一連の修正カルノーサイクルに従う。
αβγ相
時刻tαの直前の瞬間では、室ABCDとシリンダCT中のLTのレベルは高く、シリンダCT’中のLTのレベルは低い。同じ瞬間に、断熱膨張器ABCD、凝縮器Cond及び室CT内のGTの飽和蒸気圧は高値Phiであり、蒸発器Evapと室CT’では低値Ploである。図７に図示されているのはサイクルのこの瞬間の状態である。
【００９４】
時刻tαでは電磁弁SVr, SVlo及びSVhi'が開かれる。断熱膨張器ABCDにおけるGTの気液混合状態への等エントロピー膨張（ただし蒸気含有量はほとんどゼロ重量）は液体LTを流体ポンプHPを通して放出する。同時に、CTに収容されている非常に少量の飽和蒸気と流体LTは同一の圧力変動に従うが、しかしこれは上記の少量の蒸気のため、CT内のLTのレベルの実質的な変動を伴わない。ポンプHPの下流側の移送液体LTはCT’内のGT蒸気を等エントロピー圧縮する。ポンプHPの上流及び下流側の圧力は時刻ｔβで平衡し、時刻ｔαとｔβの間では、ポンプHPから送られる仕事の消費は理論的に存在しない。この段階では熱伝達がないので時刻ｔαとｔβの間の時間は短い。
【００９５】
時刻ｔβで電磁弁SV1、SV4は開かれる。その結果次のようになる。
・SV1が開くと、飽和蒸気GTが圧力Phiで蒸発器を出て室CTに入り、移送液体LTを中間レベル中間（Jで表す）にする。この液体はポンプHPに取り込まれて加圧され、外部から供給される仕事を消費する。ポンプを出るとLTは室CT’に送られ（レベルIまで）、それによりGTを圧力Phiまでの等エントロピー圧縮の完了を可能にする；そして
・SV4が開いた後に飽和液体状態で低圧Ploの作業流体GTが重力の作用で蒸発器Evapに流入する。その質量はCTへ出ていく気体状のGTを補う以上の量である。
【００９６】
このαβγ相の間に、次の過程が実施された。
・3 → 4 ：ABCD内での過程；
・4 → 5 ：Evap−CTの組み合わせでの過程；
・1 → 2sv：CT’内での過程。圧縮は等エントロピーであり、使用される流体GTに対してこの過程は過熱蒸気領域で終わる。
【００９７】
エネルギーの観点からは、このαβγ相の期間に、熱Q45が温度Tloで蒸発器に圧送されており、仕事WαβγがポンプHPにより消費されている。この仕事は時刻tβから増加する動力で外部から送られたものである。なぜなら、ポンプHPの上流圧力はこの瞬間後には実際上一定（＝Plo)にとどまり、一方下流圧力はPhiにまで増大するからである。 
【００９８】
αβγ相
時刻tγでは、LTのレベルが所定の値（ABCDでL、CTでJ、CT’でI）に達し、電磁弁SV1, SVlo、SVhi'が開放状態にあり、SV2', SV3 、SViが同時に開かれる。その結果、GT蒸気は蒸発器で連続して作られ、且つCT内で膨張しており（5 → 1の過程)、それにより移送流体はポンプが取り込んだ移送液体を再びシリンダCT’（この時点では凝縮器に接続されている）へ放出する。CT’内のGT蒸気は脱過熱され（一部はCT’で)、凝縮器で完全に凝縮する（2sv → 3の過程）。蒸気は凝縮器内では蓄積しないが、それは重力の作用で断熱膨張室ABCDに放出されるからである。並行して、ポンプによる移送液体LTの出力の一部はABCDへ放出されてその中に高いLTを回復する。
【００９９】
エネルギーの観点からは、このαβ相の期間中、熱Q51が温度Tloで蒸発器に圧送され、熱Q23が温度Thi (with Thi>Tlo)で凝縮器から釈放されるが、これには外部からの仕事Wγδを必要とする。ポンプの上流と下流の圧力は実際上一定であるので、この仕事はほぼ一定の動力である（凝縮器と蒸発器に無制限の熱交換器を有する）。
【０１００】
時刻ｔδでは、サイクルの半分が完了する。後の半分は対称である。すなわち蒸発器、凝縮器及び室ABCDは同一の継続する過程に対する場所であるが、室CT とCT’の役目は入れ替わる。
【０１０１】
δελ相（時刻tδ、tλの間）及びλα相（tλとｔαの間）
これらの相は前記αβγ相及びγδ相にそれぞれ均等であるが、室CTとCT’は交代する。
【０１０２】
より詳しく述べると、
時刻ｔγで開いたすべての回路は時刻tδで閉じ、室ABCDからポンプHPの上流端へ液体LTを移送するLT回路は開き（弁SVrによる）、ポンプHPを経る室CT’からCTへの回路は開く（弁SVlo'とSVhiによる）。その結果
＊室ABCDと室CT’気液平衡状態にある流体GTは高圧Phiから低圧Ploへ膨張し、液LTをポンプHPを通して室CTに送る；
＊CT内のGT蒸気は断熱圧縮される。
時刻tεにおいて、EvapとCT’の間のGT回路は開き（SV1'による）、ABCDとEvapの間のGT回路は開く（SV4による）。その結果、
＊LTはポンプHPに取り込まれて加圧され、次いでCTに放出される；
＊ABCD、CT、及びCT’内のLTレベルはそれぞれ高から低、低から中間レベルI、及び高から中間レベルJに移る；
＊CT’内でGTにより占有される体積は増大するので、GTはEvap内で蒸発し、そしてEvapを低圧Ploで出ていく飽和したGT蒸気はCT’に入る；
＊CT内のGT蒸気は断熱的に高圧Phiまで圧縮される；
＊低圧Ploで飽和液体状態のGTは重力の作用でABCDからEvapに流れる；
時刻ｔλにおいて、ABCDとEvapの間のGT回路は閉じ（SV4による）、ABCDとポンプHPの上流側のLT回路は閉じ（SVrによる）、CTとCondの間のGT回路(SV2による)とCondとABCD の間の回路GT(SV3による)は開き、ポンプHP下流側とABCDの間のLT回路は開く（SViによる）。その結果：
＊LTは再びポンプHPに取り込まれて加圧され、CTの中へ送られる；
＊ABCD、CT及びCT’のLTレベルはそれぞれ低から高、中間レベルIから高、及び中間レベルJから低へと変わる；
＊CT’内のGTにより占有される体積は増加し続けるので、GTはEvap内で蒸発し、Evapから低圧Ploで出ていく飽和GT蒸気はCT’に入る；そして
＊高圧PhiでCT内に含まれているGT蒸気はLTにより放出され、Condで凝縮される；そして
＊飽和液体状態のGTは重力の作用でCondからABCDへ流れる。
数サイクルの後にプラントは定常状態で動作する。
【０１０３】
冷却に対しては、初期状態で、GTは高温Thiの高温シンクとの熱交換により凝縮器Cond内では高温度に維持され、またGTは機械の外部の媒体（初期にはThiの温度を有する）との熱交換によりThi又はそれより低い温度に維持される。定常状態では、正味の仕事が流体ポンプHPにより消費され、凝縮器Condは連続的に熱を温度Thiの高温シンクに除去し、熱は蒸発器Evapにより連続して消費され、蒸発器Evapと接触する外部媒体からの熱の抽出が行われ、外部熱媒体の温度TloはThiよりも低くなる。
【０１０４】
熱生成に対しては、初期状態において、GTは温度Tloの低温熱源との熱交換により低温度で蒸発器Evap内に維持され、またGTは機械の外部の媒体（初期には≧Thi以上）との熱交換により温度Thi≧Tloで凝縮器Cond内に維持される。定常状態では、正味の仕事が流体モータHPにより消費され、Tloの低温熱源は熱を連続的にEvapに供給し、凝縮器Condは熱を連続的に高温シンクに供給し、プラントは凝縮器Condと接触する外部媒体へ熱を与える（外部媒体はThi>Tloを有する）。
【０１０５】
λα相の後に、第２形式の修正カルノーサイクルはサイクルのα状態にある。流体GTにより行われる各種の熱力学的過程と、移送液体LTのレベルは表７に示す。電磁弁の状態は表８に示す。ここに、ｘは対応する弁の開放を意味する。
【０１０６】
【表７】
0005599776.tif 000008
【表８】
0005599776.tif 000009
【０１０７】
仕事の消費はサイクル中（時刻tαとtβの間、及びｔδとｔε間は除く）連続的であるが、流体ポンプの端末間の圧力差が変動する可能性があるので常に一定ではない。もちろん、定常状態に達し且つ温度ThiとTloが一定なら、サイクル全体の平均動力はサイクル間で一定にとどまる。さらに、凝縮器はαβγ相とδελ相の期間に残りの回路から孤立し、他方、Thiの高温シンクでの熱除去は先験的に連続である。これらの条件下に、これらの孤立相の期間中、凝縮器の温度の低下従って圧力の低下ががあり、電磁弁SV2 又はSV2'の再開放で時刻tγ及びtλに突然の上昇があるであろう。
【０１０８】
移送液体LTは非圧縮性なので３つの室ABCD、CT、CT’内で同時的に起きるレベル変動は独立ではない。さらに、LTのこれらのレベル変動は流体GTの体積変動によるか又はそれに付随する。これは図８に表したサイクルの諸段階での流体GTの密度間にある次の関係式で表される。
ρ5−ρ3＝ρ1−ρ2sv                           (式２)
ここにρiは点熱力学的状態ｉにあるGTの密度であり、ここにｉはそれぞれ５、３、１、及び2svである。一定密度での曲線の例は図８に一点鎖線で示されている。
【０１０９】
第２形式の修正カルノーサイクルとは異なり、ここではTloの低温熱源とThiの高温シンクの間の温度差に制限はない。点３における密度は常にサイクルで最小であるので、ThiとTloに関係なく次の２重不等式が成り立つ。
ρ4 < ρ5 < ρ1                          （不等式２）
【０１１０】
第１形式の修正受動カルノー機械では、圧縮／膨張装置は凝縮器Condと蒸発器Evapの間に直列に挿入される。それは膨張弁ＥＶ又は毛細管のような単純な膨張装置を含み、電磁弁SV3に直列に入ることができる。このような装置は図９に示され、符号は他の図と同様である。EVとSV3の組み合わせた膨張装置を構成する。凝縮器Condを出る飽和状態の作業流体GTは直ちに膨張し、そして蒸発器Evapに入る。この修正受動カルノー機械の例は図１０のモリエ図において1-2sv-2g-3-4-5-1のサイクルにより概略化されている。
【０１１１】
電磁弁のサイクルと状態の諸段階は以下で詳しく説明し、また表９〜１０に示される。電磁弁SV3は、機械が動作状態になっているときは常に開放しているので重要ではない。この弁は凝縮器を蒸発器から分離し、機械を停止させることができる点のみの利点を有する。
【０１１２】
【表９】
0005599776.tif 000010
【表１０】
0005599776.tif 000011
【０１１３】
この第１形式の修正受動カルノーサイクルの段階は、上に説明した第２形式の修正受動カルノーサイクルの段階と異なる場合のみ、以下で説明する。
【０１１４】
作業流体GTと移送液体LTに対するすべての連絡回路が閉じており、時刻t0で流体ポンプＨＰが起動され、CondとEvapの間のGTに対する回路が開かれ（SV3による）、そしてGが下記の各段階よりなる一連の修正カルノーサイクルに掛けられる：
αβ相（ｔαとｔβの間）
時刻ｔαの直前に、シリンダCT内のLTのレベルは高く（Hで表す）、シリンダCT’内のLTのレベルは低い（Lで表す）。同時に、GTの飽和蒸気圧はCondとCT内では高い値Phiを有し、EvapとCT’内では低い値Ploを有する。サイクルのこの瞬間は図９に示す。
【０１１５】
時刻tαに、電磁弁SV1, SV3, SVlo及びSVhiが開放すると次の結果を生じる。
・圧力Ploで蒸発器を出ていく流体GTの飽和蒸気はCTに入り、移送液体LTを中間レベル（Jで示す）にする。LTはポンプHPに取り込まれて加圧され、従って、仕事が消費される；
・HPにより加圧された移送液体LTはCT’へ送られる。CT’内でLTは低レベルから中間レベル（I）になり、この室内に含まれる蒸気GTを等エントロピー圧縮する；ついで
・電磁弁SV3の開放に続いて、飽和液体状態で高圧Phiの作業流体GTは弁EVにより膨張され、次い二相混合状態で蒸発器Evapに入り、それにより室CTへの放出された気体状GTの質量を補償する。
【０１１６】
図１０に示したモリエ図においては、この工程は次の同時過程に相当する。
・3 → 4： CondとEvapの間の過程
・4 → 5：Evap−CTの組み合わせにおける過程
・1 → 2sv：CT’内での過程。
すでに述べたように、使用される作業流体GTは、この等エントロピー過程の後に、過熱蒸気領域に終わることになる。
【０１１７】
エネルギーの観点からは、このαβ相の期間に、熱Q45がTloで蒸発器に送られ、仕事WαβがポンプHPにより消費される。ポンプの上流側の圧力は実際上一定（＝Plo）にとどまる一方、下流側圧力がPhiにまで高まるので、この仕事は増大する動力で外部から送入されたものである。
【０１１８】
βγ相（時刻ｔβとｔγの間）
時刻ｔβ、すなわちLTのレベルが所定の高さ（CTでJ、CT’でI）に達するとき、電磁弁SV1, SV3、SVlo、SVhiは開放状態のままにされ、電磁弁SV2 は開放される。その結果GT蒸気は蒸発器内で連続的に生成され、CT内で膨張し（5→1の過程）、それにより、ポンプにより取り込まれた移送液体を再び、いまや凝縮器に接続されているシリンダCT’に送る（2sv→2gの過程）。CT’内GT蒸気は過熱され（すなわちCT’内で部分的な2sv→2g過程）、凝縮器内で完全に凝縮する（2sv→2g→3の過程）。飽和液体状態の流体GTはEVにより膨張され、次いで蒸発器に導入される。
【０１１９】
エネルギーの観点からは、このαβ相の期間に、熱Q51がTloで蒸発器に輸送され、熱Q23がThi (Thi>Tlo)で凝縮器に放出され、それにより外部からの仕事Wγδが必要になる。ポンプの上流圧力と下流圧力は実際上一定なので（凝縮器と蒸発器における非制限的な熱交換器）、この仕事は実際上一定である
【０１２０】
時刻ｔγでサイクルの半分が完了する。他の半分は対称で、蒸発器と凝縮器は同一の引き続く過程に対する場所であり、室CTとCT’の役目は交代する。
【０１２１】
γδ相（ｔγとｔδの間）及びδα（ｔδとｔαの間）
これらの相はαβ相とβγ相にそれぞれ均等であるが、室CTと室CT’の役割は交代する。
より具体的に説明すると次の通りである。
・時刻ｔγにおいて、時刻ｔβで開いていたすべての回路はCondとEvapの間のGT回路を除いて閉じられ、流体モータHPを介してCT’からCTへ液体LTを移送することを可能にするLT回路が開き（SVloとSVhiによる）、そしてEvapとCT’の間のGT回路が開かれる（SVl'による）。
＊LTがポンプHPに取り込まれ、加圧され、ついでCTへ送られる；
＊CT内のLTのレベルが低レベルから中間レベルＩに移動し、CT’では高レベルから中間レベルＪに変わる；
＊CT’内のGT蒸気による占有体積は増大するので、作業流体GTはEvapで蒸発し、Evapから低圧PloでEvapを出て行くGTの飽和蒸気はCT’に入る；
＊CT内のGT蒸気は高圧Phiまで断熱圧縮される；そして
＊Cond内の飽和又は過冷液他状態で高圧PhiのGTは等エントロピー膨張し、気液混合状体で且つ低圧Ploで蒸発器Evapに入る；
・時刻ｔδにおいて、CTとCondの間のGT回路が開き（SV2による）、その結果
＊LTは再びポンプHPに取り込まれて加圧され、CTに送られる；
＊CT内のLTのレベルは中間レベルＩに上がり、CT’では中間レベルＪから低レベルに下がる；
＊CT’内のGT蒸気により占有される体積が増大を続けるので、GTはEvap内で蒸発し、低圧PloでEvapを出ていく飽和したGT蒸気はCT’に入り、そして
＊高圧Phi,でCT内にあるGT蒸気は液体LTによって送りだされ、Condで凝縮する。
数サイクルの後にプラントは定常状態で動作する。
【０１２２】
冷却に関しては、初期状態において、GTは温度Thiの高温シンクとの熱交換により高温度で凝縮器Cond内に維持され、また機械の外部の媒体（初期にはThiと同一またはそれ以下の温度を有する）との熱交換により温度Thi又はそれ以下の温度にある蒸発器Evap内に維持され；そして定常状態では正味の仕事が流体モータHPにより消費され、凝縮器Condは連続的に熱を高温度Thiにある高温シンクに除去し、そして熱は蒸発器Evapにより連続的に消費される。つまり熱は蒸発器Evapと接触している外部媒体（外部媒体の温度Tloは厳密にThiよりも低温である）から抽出される。
【０１２３】
熱生成に関しては、初期状態では、GTが低温Tloの低温熱源との熱交換により低温度にある蒸発器Evap内に維持され、また温度Thiまたはそれ以上の温度にあるプラント外媒体との熱交換によりThi又はそれ以上の温度にある凝縮器Cond内に維持され；そして、定常状態では、正味の仕事が流体ポンプHPにより消費され、温度Tloの低温熱源は連続的に熱をEvapに供給し、そして凝縮器Condは熱を連続的に高温シンクに除く。つまり、Condと接触する外部媒体（外部媒体の温度Thiは厳密にTloよりも高温である）がある。
【０１２４】
この構成（第１形式の受動形式）では、サイクルの各段階におけるGTの密度を結合する式（２）と不等式（２）が依然として成り立つ。
【０１２５】
第２形式の修正受動カルノー機械は動作が単純で、少ない構成要素を有する。しかし、従来の機械的な蒸気圧縮サイクルの場合、3→4 and 2sv→2gの過程はわずかな非可逆性を生じるので、サイクルの性能係数又は増幅係数に不利な影響を有する。しかしこの劣化は穏やかなので、第１形式の構成が修正受動カルノー機械に対しては好ましい。その理由は、第１形式の修正受動カルノー機械が従来の機械蒸気圧縮機械と類似しているが、なお２つの重要な利点を有するからである。
・断熱圧縮段階（1→2sv）がより高い等エントロピー圧縮効率を有するので、ノイズが少なく信頼性がより高い；
・同一の機械がわずかな修正で駆動モードで運転できるが、これは従来の機械では可能でなかった。
【０１２６】
他の形式の受動機械は、特に熱源やヒートシンク温度、作業流体GT及び意図した目的に応じた入手可能な手段に従って選択される。
【０１２７】
同一の修正カルノー機械は、使用者の選択に応じて、駆動機能又は受動機能を提供することができる。この場合に、修正カルノー機械は多目的機械と称される。この可能性はこの装置が二種（駆動又は受動）の上記した動作モードを行うのに必要な構成要素及び１つのモードから他のモードへの切り替えに必要な追加要素を備えていることを意味する（二種の機能は同時には行えない）。各モードを実行するのに必要な多くの構成要素は同一、すなわちCond、Evap、CT、CT’、ほとんどの制御弁、及びGT回路とLT回路の或る要素である。従って、多目的修正受動カルノーサイクルのこれらの部品は二重に設ける必要がない。他の要素は具体的なモードに特有なものである。例えば、図２について述べたように、第２形式で駆動モードで動作させるためには、室ABCDを電磁弁SV3とSV4に結合する加圧膨張装置PEDを要するが、図７で述べた第２形式で受動モードの場合にはそうでない。逆は真でなく、図７で述べたように、室ABCDを電磁弁SV3とSV4に結合する装置PEDは、第２形式の受動モードでの動作や第２形式の駆動モードでの動作を可能にする。２つのモードでの両立の第２の例は、装置PEDに関係しているが、第１形式の修正カルノーサイクル機械に対しては、補助流体ポンプAHP1（図５）はEVまたは毛細管C（図９）のような動作流体を膨張させる機能を提供できないし、その逆もそうである。同様に、流体変換器はポンプまたはモータである。しかし、流体の流れの方向に依存して両機能を提供できる変換器が存在する。
【０１２８】
図１１は使用者の選択に応じて第１形式の修正駆動カルノー機械の機能と第１形式の修正受動カルノー機械の機能のいずれかで動作する多目的修正カルノー機械の概念図である。これら２種の他の３通りの組み合わせ、すなわち、第２形式の駆動及び受動モード、第１形式の駆動モードと第２形式の受動モード、及び第２形式の駆動モードと第１形式の受動モードである。動作（駆動または従動）モードの選択には手の込んだ手段は不要である。例えば図１１において、電磁弁SV3DとSV3Rがそれぞれ開放と閉鎖、又は閉鎖と開放である。これら２つの電磁弁SV3DとSV3Rは３方向弁に置換できる。最後に、図１１の例では流体ポンプと流体モータは２つの別個の変換器と考えられる。選択した動作モード（駆動または受動モード）に依存して、一方または他方の変換器が３方向電磁弁SVRDの開放に従ってアクティヴとなる。３方向電磁弁SVRDは移動液体回路中で２つの２方向弁または他の任意の作動素子に置換されてもよい。
【０１２９】
一つの実施例では、修正カルノー機械は熱カップリング又は機械カップリングにより補助装置に結合できる。
本発明による修正駆動又は受動カルノー機械は、その凝縮器及び／又は蒸発器において補助装置に熱カップリングできる。熱カップリングは熱伝達流体、ヒートパイプ、直結、又は放射により達成できる。
【０１３０】
補助装置は駆動又は受動熱力学機械であり得る。２つの最も有利なケースは１つの修正駆動カルノー機械を１つの駆動熱力学機械へ結合すること、又は１つの修正受動カルノー機械を１つの受動熱力学機械へ結合することに関している。両者の場合において、駆動熱力学機械又は受動熱力学機械は、修正駆動カルノー機械又は修正受動カルノー機械からそれぞれ熱を受け取るか、又は前記修正駆動カルノー機械の蒸発器へ又は修正受動カルノー機械へそれぞれ熱を与える。これらの駆動又は受動熱力学機械は第２の修正駆動機械（第１又は第２形式）であるか又は前記第１のもの（第１又は第２形式）とは異なる修正受動カルノー機械でありうる。
【０１３１】
２つの修正駆動カルノー機械の熱結合の１つの形態は、図１２ａ、１２ｂに例示されている。図１２ａは熱源とヒートシンクの温度レベルと、熱交換の方向と、機械間又は環境の間の熱交換及び仕事交換の方向を例示する。第１の高温度（ＨＴ）機械は温度Thiのヒートシンクと中間温度Ｔm1との間で動作し、作業流体GT1を含んでいる。第２の低温（ＬＴ）機械はTm2の熱源と温度Tloの熱源との間で動作し、作業流体GT2を含んでいる。温度関係はThi>Tm1>Tm2>Tlo>Tambientである。もしもＨＴ機械の凝縮器とＬＴ機械の蒸発器での熱伝達がが無限効率を有する（無限の交換面積及び／または無限の交換係数のため）とすると、温度Tm1、Tm2は実際上同一である。全ての場合に、この組合せは「熱カスケード結合」と呼ばれ、熱量Qhiが温度Thiで流体GT1を蒸発させるためにＨＴ機械に送られ、温度Tm1にあるＨＴ機械の凝縮器で流体GT1が凝縮により放出した熱量Qm1が完全に（Qm1＝Qm2）又は部分的に（Qm1>Qm2）ＬＴ機械の蒸発器に送られて温度Tm2の流体GT2を蒸発し、流体GT2の凝縮で生成された温度Tloの熱Qloは環境に送り出される。仕事の生成だけが必要な場合には、Tm1の熱源と、Tm2のヒートシンクの間の熱伝達は完全である。すなわち、この場合、Qm1とQm2は等しく、単純にQmで表される。温度Tm1のような十分な温度レベルで仕事と熱の両者の発生が望まれる場合には、Tm1の熱源とTm2の熱源との間の熱伝達は部分的であり、Qm1はQm2よりも大きく、この差分はユーザに送られる。
【０１３２】
場合により、作業流体GT1とGT2は同一であって良い。並列で仕事W1とW2の量はHT機械とLT機械にそれぞれ送られる。２つの修正駆動機械のカスケード結合の総合効率（(W1+W2)/Qhi）は、図１２ｂに示したように、同一の極限温度ThiとTloの間で動作する修正駆動カルノー機械単独のそれに必ずしも等しくなく、一般にやや低い。実際、これらの２つの効率は、２つの修正カルノー機械が第２形式で且つ理想的に動作をする４条件下、すなわち、非可逆性がなく、温度Tm1とTm2が一致し、この中間温度Tmでの完全な熱回収（Qm1＝Qm2）がある場合に、等しい。
修正駆動カルノー機械の熱カスケード結合は同一形式（第１形式又は第２形式）の又は異なった形式の機械を含みうる。
【０１３３】
第２形式の２つの修正駆動カルノー機械をカスケード結合する第１の利点は、温度差Thi−Tloが単独の第２形式の修正駆動カルノー機械が使用される場合のようにもはや制限されないことにある（式（１）により表わされる密度の条件のためである）。従って、カスケード結合の総合的な効率は、この組み合わせの温度差Thi−Tloが単独の機械に対する最大の温度差よりも大きくなるときに、単独の機械よりも大きくなる。
【０１３４】
第１又は第２形式の２つの修正駆動カルノー機械をカスケード結合する第２の利点は、各作業流体GT1とGT2の各圧力が、同一のThiとTloの間で動作する第１又は第２形式の単独の修正駆動カルノー機械の作業流体の圧力よりも低くなることである。
【０１３５】
カスケード結合は同じ原理による２つより多い修正駆動カルノー機械を使用しても達成できる。第１の機械は最高温度Thiで熱を供給されて作業流体を蒸発し、カスケード結合された最後の機械は、最低温度Tloで凝縮により発生した熱を環境に放出する。Tloはしかし環境温度よりも高い。これら両端にある２つの機械の間では、各中間の機械が先行する機械の作業流体の凝縮により釈放された熱を受け取り、そしてそれ自身の作業流体の凝縮で釈放した熱を後続の機械に移す。各機械はある量の仕事を環境に移す。
【０１３６】
２つの修正受動カルノー機械は、駆動機械の場合について上記したようにして、カスケード結合できる。仕事の流れおよび熱の流れは図１２ａに示したものとは逆方向になる。
【０１３７】
２つの修正受動カルノー機械のカスケード結合は、同じ極限温度Tlo及びThiで動作する単独の修正受動カルノー機械（第１形式又は第２形式に関係しない）の場合に見られる作業流体の圧力に比して、各作業流体GT1及びGT2の圧力を減じるという十分な利点を有する。
【０１３８】
本発明による修正カルノー機械は、機械が駆動機械の場合には流体モータの箇所で、または機械が受動機械の場合には流体ポンプの箇所で、補助装置に機械結合できる。機械結合はベルト、万能継ぎ手、磁気クラッチ、又は非磁気クラッチにより、或いはこれら流体モータ又は流体ポンプの軸に直結により行うことができる。
【０１３９】
補助装置は駆動装置、例えば電気モータ、流体タービン、風力タービン、石油駆動エンジン、ガス駆動エンジン、ジーゼルエンジン、又は他の修正駆動カルノー機械でありうる。補助装置は受動装置、例えば流体ポンプ、輸送機械、交流発電機、機械蒸気圧縮ヒートポンプ、空気圧縮機、また他の修正受動カルノー機械でありうる。
補助装置は例えばフライホールなどの駆動／受動装置であっても良い。
【０１４０】
機械結合を実施するための特に好ましい方法の一つは、修正駆動カルノー機械を守勢受動カルノー機械に結合することである。
【０１４１】
修正受動カルノー機械に機械的に結合された修正駆動カルノー機械を含むプラントは、熱源とヒートシンク温度レベル、熱交換及び仕事交換の方向と共に図１３に概念図で示されている。
【０１４２】
この駆動機械は作業流体GT1を含む。機械は温度Thiの熱源から熱量Qhiを受け取り、温度TmDの熱量QmDと仕事Ｗを放出する。熱源の温度Thiはヒートシンクの温度TmDよりも高くなければならない。
【０１４３】
この受動機械は作業流体GT2を含み、温度TmRにおいて熱量QmRを放出し、温度Tloの熱源からの熱量Qloと駆動機械が放出した仕事Ｗとを受け取る。熱源の温度Tloはヒートシンクの温度TmRより当然低い。
【０１４４】
単一のエネルギー源として温度Thiのみを使用するこのような結合により意図された２つの用途は次のとおりである：
・Tloでの寒冷の生成：この場合はTlo<Tambient≦TmRである；
・TmR とTmDでの熱の生成：例えば住居の暖房であり、Tloが外部の環境温度Tambient_outsideであり、２つの平均温度TmDとTmRは等しく、増幅係数(QmR+QmD)/Qhiは１より大きい。
【０１４５】
修正駆動カルノー機械を含むプラントの第２の実施例の概略は図１４に、熱源とヒートシンクの温度レベル、及び熱交換と仕事交換の方向と共に示されている。
【０１４６】
この駆動機械は作業流体GT2を含み、温度Tmの熱源から熱量QmDを受け取り、低温Tloで熱量Qloと仕事Ｗを放出する。熱源の温度Tmは当然ヒートシンクの温度Tloよりも高い。
【０１４７】
受動機械は作業流体GT1を含み、温度Thiで熱量Qhiを放出し、温度Tmの熱源から熱量QmRと駆動機械から放出された仕事Ｗを受け取る。熱源の温度Tmは当然ヒートシンクの温度Thiより低い。
【０１４８】
このような本発明のプラントは環境からの仕事を消費することなく入手可能な熱源の温度よりも高い温度で熱量を取得することを可能にする。この応用は未利用の熱が放出される場合で及び高温度の熱が必要な場合に特に有利である。
【０１４９】
本発明によるプラントは、熱源から電気、熱又は寒冷を生成するために使用することができる。用途に応じて、プラントは、適当な環境と関連付けられた修正駆動カルノー機械又は修正受動カルノー機械を含む。所望する目的、入手可能な熱源、及び入手可能なヒートシンクの温度に従って作業流体と流体移送液体が選択される。
【０１５０】
修正受動カルノー機械はあらゆる分野の冷却機械、ヒートポンプ、冷凍、冷蔵、「可逆」空気調和（すなわち夏に冷房、冬に暖房）に使用できる。
【０１５１】
従来のＭＣＶ（機械的蒸気圧縮型）冷却機械は良好な性能係数COP (＝Qlo/W)又は良好な増幅係数COA (＝Qm/W)を有するといわれている。実際には、これらの係数はカルノー機械のものよりもはるかに低く（約５０％程）、それゆえ本発明の特に第２形式の修正受動カルノー機械よりもはるかに低く、第１形式の修正受動カルノーサイクルより低い。現在のMVC機械を修正受動カルノー機械に置換すれば、同一の条件を満たすのに必要な電気エネルギーを減じることが可能となる。
【０１５２】
従来のＣＭＶヒートポンプの場合のように、修正受動カルノー機械の作業流体GTに対する適正な圧力範囲はほぼ０．７〜１０バールである。０．７バールより低い圧力では移送シリンダと蒸発器の間のパイプの寸法、特に移送シリンダ自体の体積が大きくなりすぎる。一方、１０バールより高い圧力では安全性と機械強度の問題が生じる。これらの用途に対してはアルカン類またはHFC類の使用が非常に適している。例えば、イソブタン（オゾン層に影響しないので）はすでに現在の冷凍機または冷却機に使用されている。冷却用途の修正受動カルノー機械におけるこれらのアルカン類と関連する移送液体は水である。しかし、０℃以下に冷却するためには、この場合、GTとLTの間に膜を挿入して蒸発器の内部を阻害するいかなる氷結も防ぐか、定期的な除氷操作を行う必要があり、またLTを移送室に戻す装置を必要とする。水の代わりの移送液体としては、選択された作業流体GTと混合しにくい油を使用することが考えられる。
【０１５３】
修正駆動カルノー機械は集中型又は分散型発電、水ポンプのための仕事生成、脱塩等、或いは双熱（dithermal）受動機械（すなわち、一つは加熱又は冷却の目的と、そして特には修正受動カルノー機械）のための仕事の生成に使用できる。
【０１５４】
修正駆動カルノー機械の利点及び修正受動カルノー機械の利点は、二種の機械を組み合わせることにより合算することができる。実際、機械−電気変換はもはや不要となり、それによりこのような変換を含むわずかな効率の喪失を回避することができる。
【０１５５】
本発明によるプラントは、例えば核反応から生成される集中した高温熱源から集中型発電を行うのに利用できる。核反応は５００℃の熱を生成する。この熱の使用は、高温度と両立できる駆動流体を使用するか、又は水蒸気タービンを使用する間接的な工程の実施をふくむ。この場合、水蒸気は５００〜３００℃へ過熱され、この熱は３００℃で修正駆動カルノー機械に送られ、３００℃の熱源と外部環境の低温シンクとの間で動作する。この温度差では、異なった作業流体を含む少なくとも２つの修正駆動カルノー機械が熱的にカスケード結合される必要がある。最高温度の機械に対しては、水が作業流体として最適である。この構成では、本発明により得られる利益は総合的な発電効率が現在の原子力発電所のそれよりも高いことである。
【０１５６】
本発明による設備は、熱源として太陽エネルギーを使用して分散型電力発電に使用することができ、このものは更新が可能でありあらゆる場所で得ることができる。ただし、それは間欠的であり且つ極めて希薄である（晴天で最大約1kW/m2）。現在のシリンダーパラボラ式太陽光捕集器は約３００℃の駆動流体をもたらすことができる。集中発電と比較すると、５００〜３００℃でタービンにより送り出される仕事は失われるが、しかし再生可能なエネルギーだけが利用される。
【０１５７】
例えば真空管コレクターで約１３０℃又は平坦なコレクターで約８０℃で送り出される熱ソーラエネルギーを使用することも可能である。明らかに熱源の温度が低いほど、修正駆動カルノー機械の効率は低い。しかし、平坦なソーラコレクターから送られる最低温度Thiに対しては、熱カスケード結合は最早必要がなく、修正駆動カルノー機械は単純であるので安価である。太陽が照らない場合には補助ボイラーが必要な熱を供給できる。
【０１５８】
本発明によるプラントは電気に変換する必要なしに熱を仕事に変換するために使用できる。機械的仕事は直接に、例えば流体ポンプ、ヒートポンプのために使用でき、その圧縮器は電気モータにより駆動されない。後者の場合には最終結果は次の通りである。
・温度Thiの熱源よりも低い温度Tmでの、しかし１よりも大きい増幅係数での熱生成、又は低い温度Tmよりも高い温度Thiの熱源での、しかし１よりも小さい増幅係数での熱生成。これらの増幅係数は吸着又は吸収装置を使用する従来技術の増幅係数よりは大きい；
・室温より低い温度Tloでの、しかし従来技術の吸着又は吸収装置を使用する増幅係数よりは大きい増幅係数での冷却。
【０１５９】
本発明の装置は本発明を制限するものではない以下の８つの実施例により例示する。図１５ａから図１５ｈは、各例に対する修正カルノー機械（又はそれらの組み合わせ）と勧業の間の熱交換と仕事交換、及び熱源及びヒートシンクの温度を図式的に示す。
【０１６０】
実施例１（図１５ａ）：熱的にカスケード結合した３つの第２形式の修正駆動カルノー機械、
実施例２（図１５ｂ）：熱的にカスケード結合した２つの第１形式の修正駆動カルノー機械、
実施例３と４（図１５ｃと図１５ｄ）：第２形式又は第１形式の２つの修正受動カルノー機械、
実施例５（図１５ｅ）：熱的にカスケード結合した第１形式の２つの修正受動カルノー機械、
実施例６と７（図１５ｆと図１５ｇ）：第１形式の高温度修正駆動カルノー機械と第１形式の低温度修正受動カルノー機械との機械的結合、及び
実施例８（図１５ｈ）：第１形式の低温度修正駆動カルノー機械と第１形式の高温度修正受動カルノー機械の機械的結合。
【０１６１】
これらの実施例において、３種の作業流体GT、すなわち水（R718で表す）、ｎ−ブタン（R600で表す）、及び1,1,1,2テトラフルオロエタン（R134aで表す)が使用される。これらの流体に対するモリエ図は図１６、１７、１８にそれぞれ示した。これらの図にプロットしたものは実施例１〜８に含まれる各種の修正カルノーサイクルである。
【０１６２】
実施例１（熱的にカスケード結合した３つの第２形式の修正駆動カルノー機械）
目的は可能な限り最高の効率で仕事（この仕事は電気に変換できる）を生成することを目的とする。与えられた低温シンク（Tlo＝４０℃）に対して、効率は高温熱源の温度Thiが高いほど高くまた機械サイクルが理想的カルノーサイクルに近いほど高い。第２形式の修正駆動カルノーサイクルは従ってその好ましい構成、すなわち、凝縮器を出て行く作業流体の密度が蒸発器を出て行く密度と同一であるような（図４に記載したような）制限を満足するような好ましい構成で使用される。
【０１６３】
温度８５℃のThi3の熱源で、使用される作業流体がＲ６００の場合では、これは図１７に示されたa-b-c-d-aのサイクルを描く。この流体ではc→dの断熱膨張は過熱領域にある上記を生じるにもかかわらず、飽和曲線に非常に近い。非可逆性は非常に低い。このサイクルの効率η3は同じ温度間での完全カルノーサイクルの効率１２．５６％に比較して１２．４９％である。
１７５℃の温度Thi2の熱源であって、先行するサイクルとの熱カスケード結合においては、使用される作業流体はR718であり、これは図１６に示したe-f-g-h-eサイクルを記述する。この流体ではg→hの断熱膨張は二相領域にある流体を結果し、従って非可逆性は起こさない。このサイクルの効率η2はカルノーサイクルのそれと一致して１６．７％である。
【０１６４】
最後に、温度Thi1が２７５℃の熱源で、先行するサイクルとのカスケード結合においては、使用される作業流体はここでもR718であり、これは図１６のa-b-c-d-aのサイクルを描く。このサイクルの効率η1は１６．４％である。
【０１６５】
諸機械間の熱伝達レベルで現実的な温度差を有するこれら３種の第２形式の修正駆動カルノー機械の熱的なカスケード結合（図１５ａ）は、総合的に次の効率を結果する。
η＝(W1+W2+W3)/Qhi＝η1 +η2(1-η1) + η3(1-η2)(1-η1)
これは、効率η＝３９．１０％を与えるが、これは、同一の極限温度間で動作するカルノー機械の効率の９１％に相当する。
【０１６６】
この効率は、遙かに高い（約５００℃）過熱蒸気で動作する現在の原子核発電所の効率（約３４％）よりも良い。さらに、温度Thi1 (＝２７５℃)の熱源は円筒パラボラ太陽コレクターにより供給することができる。
【０１６７】
実施例２（熱的にカスケード結合した２つの第１形式の修正駆動カルノー機械）
先の実施例と同様に、目的は仕事（後に電気に変換できる）を生成することであるが、複数の第１形式の修正駆動カルノー機械のより単純な組合せを使用する。熱源とヒートシンクの間の温度差は、凝縮器を出て行く作業流体の密度が蒸発器を出て行く作業流体の密度と同一であるという制限を課さない。しかし過剰に大きい圧力差が他の語術的問題を生じるので、同一の極限温度の熱源及びヒートシンク(２７５℃と４０℃)を使用して、かかる大きい圧力差で動作する単一の機械を使用する代わりに、２つの械を熱的にカスケード結合する方が好ましい。
【０１６８】
この熱的カスケード結合（図１５ｂ）は２つの第１形式の修正駆動カルノー機械を結合し、第１の機械は水（R718）を作業流体として使用していて図１６のi-j-b-c-k-iのサイクルを描き、第２の機械はｎブタン（R600）を作業流体として使用していて図１７のe-f-b-c-d-eのサイクルを描く。
【０１６９】
これらの２つのサイクルにおける段階j→bと段階f→bは追加的な非可逆性を生じるが、これら２つのサイクルの効率はカルノーサイクルの効率と対比すると非常に満足な値に留まり、R718のサイクルに対してη1＝２７．４７％、R600のサイクルに対してη2＝１０．８２％である。
【０１７０】
これら２つの第1形式の修正駆動カルノー機械の熱的カスケード結合（図１５ｂ）の総合効率は次の通りである。
η＝(W1+W2)/Qhi＝η1 + η2(1-η1)
すなわち、η＝３５．３２％(同一の極限温度間で動作するカルノー機械の効率の８２％）である。
先に例と比較すると、効率のごくわずかの劣化に対して（−３．７８％）、３つの機械に代わり２つの機械となり、特に第２形式のものより単純な第１形式の機械となる点で、機械の単純化が比較的大幅である。
【０１７１】
実施例３（第２形式又は第１形式の修正受動カルノー機械）
実施例３の目的は低温度放熱器（ラジエータ、床下暖房）により住居を過熱することである。温度５〜５０℃で動作する修正受動カルノー機械はこの用途に非常に適している（図１５ｃ）。
作業流体としてR600を使用する第２形式の機械又は第１形式の機械の２つの可能なオプションが比較される。
【０１７２】
第２形式の修正受動カルノー機械では、図１７に示した1-2-3-4’-9-1のサイクルが描かれる。この流体では、もしも断熱圧縮段階が飽和蒸気（サイクルの９の点）から開始されるなら、この段階の終わりに流体は二相領域になったであろうが、これは欠点ではない。この例で例示すると、圧縮の終端（サイクルの点２）で飽和蒸気のみが存在するように流体をわずかに過熱する（段階9→1）ように選択される。これは、この段階中に、例えば修正駆動カルノー機械に対して図２に例示したように、移送シリンダでの熱の供給を示唆する。
【０１７３】
この修正受動カルノー機械の増幅係数は次の通りである。
COA = Qhi/W = 7.18
このCOAは同じ極限温度間で操作するカルノー機械の効率に実質的に等しい。なぜなら9→1の過熱により引き起こされる非可逆性は非常に小さいからである。
【０１７４】
しかし、第２形式の機械は室ABCD及び関連した接続を必要とし、コストがかり、サイクルのより複雑な管理を含む。第１形式の受動カルノー機械では、サイクルは図１７に示した1-2-3-4-9-1のサイクルで記述される。この第１形式の機械の性能係数（ＣＯＡ）は低くCOA=Qhi/W=6.06、すなわちカルノー機械の８４％であるが、それでも同一の極点温度間で動作するＭＶＣ機械に対するCOAよりもはるかに良い。
【０１７５】
実施例４（第１形式の修正受動カルノー機械）
実施例４の目的は下記における住居の冷房である。温度１５℃と４０℃の間で動作する第１形式の修正受動カルノー機械はこの用途に非常に適している（図１５ｄ）。使用され得作業流体R600は図１７に示した5-6-7-8-5のサイクルを行う。今までの例と比較すると、当エントロピー圧縮を実施する前に流体を過熱し内容に選択されている。この修正受動カルノー機械の性能係数は次の通りである。
COP=Qlo/W=10.33、すなわちカルノー機械の９０％である。これは同じ極限温度の間で動作する現在のＭＶＣ機械よりも遙かに良好である。
【０１７６】
実施例５（第１形式の２つの修正受動カルノー機械の熱的カスケード結合）
実施例５の目的は低温冷却（冷凍目的）である。熱願とヒートシンクの間の温度差は、作業流体の密度を等しくするとの拘束による制限はないが、他の技術的な問題が生じないように機械の圧力差は余り高すぎないことが好ましい。従って、温度−３０℃の低温源と４０℃の高温シンクでは、２つの機械はこのような大きい温度差で動作する単一の機械を設けるよりも、２つの機械を熱的にカスケード接続することが好ましい。熱カスケード接続（図１５参照）は第１形式の２つの修正受動カルノー機械を結合することより成り、第１の機械は作業流体としてR600を使用して図１７に示した9-6-7-10-9のサイクルをたどり、第２の機械は作業流体としてR134aを使用し、図１８に示した1-2-3-4-1のサイクルをたどる。
【０１７７】
第１形式のこれら２つの修正受動カルノー機械の熱的カスケード結合の総合的な性能係数は次の通りである。
COP = Qlo/(W1+W2) = 1/[1/COP2+(1+1/COP2)/COA1]
これはＣＯＰ＝２．８５であり、カルノー機械の８２％である。とりわけ、同じ極限温度の間で動作する現在の二段階MVC機械の性能係数よりも遙かに優れている。
【０１７８】
実施例６（第１形式の高温度修正駆動カルノー機械と第１形式の低温度修正受動カルノー機械との機械的結合）
実施例６（図１５ｆ）の目的は、エネルギー源として熱のみ（例えば太陽熱コレクターから来るもの）を使用する下記の住居の冷房である。このために、実施例２に記載した第１形式の修正駆動カルノー機械であって作業流体R600を使用する第１機械と、実施例４に記載した第１形式の修正受動カルノー機械である第２機械を結合する。
【０１７９】
この組合せの性能係数は
COP=Qlo/Qhi=η1COP2=1.29、すなわち、三熱カルノー機械のCOPの8９%であり、同じ極限温度の間で動作する現在の従来技術の吸収又は吸着三熱システムのCOPよりも遙かに良好である。
【０１８０】
実施例７（第１形式の高温度修正駆動カルノー機械と第１形式の低温度修正受動カルノー機械との機械的結合）
実施例７（図１５ｇ）の目的は数種ある。
ボイラー又は円筒−パラボラ太陽熱捕集器により達成できる温度でエネルギー源を利用するあらゆる場合において、
・電気に変換できる仕事と冬期の住居の暖房（低温度）に有用な熱の同時発生。
・低温度空調、すなわち従来のビル（特に事務所又はアパート）のファン・コイル装置と両立できる。
【０１８１】
これらの実用目的に対して、作業流体R718を使用する第１形式の修正駆動カルノー機械であって図１６に示されたl-m-g-n-lのサイクルを描く第１機械が、実施例３の第１形式の修正受動カルノー機械である第２の機械に結合される。第１機械の効率η1は25.34% (カルノー機械の効率の９１％）であり、これは現在の光電池太陽捕集器の効率よりも遙かに高い。
【０１８２】
電気は受動機械（図１５ｇ）に対して回収されないが、熱Qm1の生成は発電を補う。すなわち入力エネルギーQhiの24.66%を補い、他方、光電池はそれ自体では熱を放出しない。逆のケース、すなわち加熱及び／又は空調に対しては、増幅係数とこの組合せに対する性能は結合されて２つの機械のCOPと効率に統合されて次の値
COA=COP+1=COP2×η1+1
となり、それぞれCOA=2.28 (カルノーサイクルのCOAの84%)及びCOP=1.28 (カルノーサイクルのCOAの74% )となる。
【０１８３】
実施例８（第１形式の低温度修正駆動カルノー機械と第１形式の高温度修正受動カルノー機械の機械的結合）
実施例８（図１５ｈ）の目的は、唯一のエネルギー源として、蒸気の直接的な生成と両立する低温度（８５℃）の熱源を有する穏和な圧力（２バール）で蒸気を生成することである。これは特に未利用の熱が捨てられ或いは高温度が必要な工業サイトで通常遭遇する１つの例である。
【０１８４】
８５℃と１２０℃の間でのこの熱変換（２バールの蒸気を発生することができる）は第１機械、すなわち作動流体R718を使用し、８５℃と１２０℃の間で動作し、図１６の1-2-3-4-1のサイクルを行う第１形式の修正受動カルノー機械を、第２の機械、すなわち８５℃と４０℃の間で動作し、作動流体R600を使用する実施例２に記載された第１形式の修正受動カルノー機械に機械的に結合することにより実施できる。
【０１８５】
第１受動機械の性能係数COP1は9.14 (二熱源カルノー機械のCOP の89% )である。水が作動流体であり、等エントロピー圧縮段階の終端での水蒸気は高度に過熱されている(T2=208℃>>120℃)。
【０１８６】
２つの機械（図15ｈ）の結合の総合的な性能係数は次式を満足し、
COP = Qhi/(Qm1+Qm2)=(COP1 +1)/(COP1+1/η2)
これらの熱源及びシンクで、性能係数ＣＯＰ＝５５．２％(二熱源カルノー機械の８９％)を与える。
【０１８７】
上記の各種の実施例は、プラント及び目的に従って、同一の作動流体が駆動流体としても受動流体としても使用できることを確認させる。
【０１８８】
ｎ−ブタン(R600)は、実施例２(図１５ｂ)においては第１形式の駆動サイクル、実施例７(図１５ｇ)においては第1形式の受動サイクルを記述するのに使用され、R600を使用するこれらの駆動及び受動型の修正カルノー機械は、これらの２つの実施例で、作業流体として水（R718）を使用する他のカルノー機械と結合される。従って、このことから本発明のプラントは、第1形式の修正駆動カルノー機械（作業流体がR718）が多目的修正カルノー機械（図１１に記載した、R600を作業流体とする）に結合され、そしてかかるプラントが実施例２や実施例７で意図されたものとは異なる用途に使用できることが考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ）】
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【図１２Ｂ）】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ）】
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【図１５ｂ）】
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【図１５ｃ）】
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【図１５ｄ）】
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【図１５ｅ）】
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【図１５ｆ）】
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【図１５ｇ）】
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【図１５ｈ）】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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